WO2019162107A1 - Vorrichtung und verfahren zum fördern von kraftstoff und additiv - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum fördern von kraftstoff und additiv Download PDF

Info

Publication number
WO2019162107A1
WO2019162107A1 PCT/EP2019/053119 EP2019053119W WO2019162107A1 WO 2019162107 A1 WO2019162107 A1 WO 2019162107A1 EP 2019053119 W EP2019053119 W EP 2019053119W WO 2019162107 A1 WO2019162107 A1 WO 2019162107A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
additive
dead center
valve
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/053119
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Weiss
Michael Mauer
Stefan Kulzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
CPT Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CPT Group GmbH filed Critical CPT Group GmbH
Publication of WO2019162107A1 publication Critical patent/WO2019162107A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0228—Adding fuel and water emulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/02—Pumps peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a device for conveying fuel and an additive, such as water or a urea solution, and a method for operating such a device.
  • the fuel for internal combustion engines fluids can be added to improve the combustion, the pollutant emissions and the temperature behavior of the combustion.
  • the volume of the high pressure fuel direct injection system must have a certain minimum size to dampen pressure pulsations caused by the individual delivery strokes of the high pressure pump and the injections of the individual fuel injectors and too large a deviation of the injection pressures at the time of opening the fuel injectors of the individual To avoid cylinders.
  • transient applications such.
  • the change in the amount of the added liquid or interruption of the mixing of the liquid leads to a significant delay time until the mixed liquid in the required amount in the
  • Combustion chambers of the internal combustion engine is available. It can then not be avoided that the internal combustion engine is turned off before the entire mixed liquid was processed from the high-pressure system of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine must be started in this case with the remaining mixture of fuel and mixed liquid.
  • the starting ability of the internal combustion engine can be severely limited. In the event that the liquid to be mixed is water, the water in the high pressure system can freeze when the engine is stopped and at low outside temperature. In this condition could the internal combustion engine can not be started and the components of the fuel injection system can be damaged.
  • DE 10 2012 206 984 A1 describes a fuel injection system for an internal combustion engine which is provided with a high-pressure injection rail, a pump and a mixing device which is designed to mix fuel with water.
  • DE 10 2015 214 050 A1 discloses an apparatus and a method for mixing fuel and water.
  • a pump is provided with a pressure chamber which has a fuel area and a mixing area directly associated therewith. The fuel is sucked into the fuel area and displaced by the piston in the mixing area, in which then water is injected to mix with the fuel.
  • DE 10 2013 206 102 Al describes a system for water injection for an internal combustion engine.
  • the system includes first injectors, each injecting a liquid directly into a combustion chamber and second injectors, each injecting a liquid into a suction tube in front of the combustion chamber.
  • At least one fuel supply valve arranged between a fuel tank and the first and second injectors and a water supply valve arranged between a water reservoir and the first injectors are provided.
  • the valves are switchable such that the first injectors are fluidly connected to the fuel tank both in fluid communication with the fuel tank and with the water reservoir and the second injectors.
  • the present invention is based essentially on the idea of providing a device for conveying fuel and / or additives, in which the fuel with the additive predominantly upstream of an inlet valve of a pump device for conveying fuel and / or additive mixed such that the Pump device promotes the mixture of fuel and additive.
  • the mixing point of the fuel with the additive is arranged immediately before the inlet valve of the pump device, so that the increased flow rates of the two fluids at this point can lead to a maximum shear of the media and thus a high degree of mixing.
  • the fuel with the additive for the most part only mix downstream of the pump device, for example in a high-pressure storage device.
  • an apparatus for delivering fuel and / or an additive, such as water or a urea solution for an internal combustion engine of a vehicle.
  • the inven tion proper device has a pump device in which a Pressure region is arranged and which has a pump piston which is linearly movable at least partially in the pressure region and which is designed to be between a first dead center, in which a volume of the pressure region is minimized, and a second dead center, in which a volume of the pressure region is maximized, to reciprocate, an intake valve via which fuel and / or additive in the pressure range is sucked, a fuel inlet, which is connected to the intake valve idly id, and an additive feed, which is fluidly connected to the fuel inlet.
  • the pump piston is designed to suck in a stroke movement from the first dead center to the second dead center a predetermined amount of fuel and / or a predetermined amount of additive via the A laßventil in the pressure range.
  • substantially a mixture of fuel and additive is sucked into the pressure range. Even with the provision of further valves in the fuel inlet and / or in the additive inlet, in each case a residual quantity of fuel and / or additive remains in the region between these possibly provided valves and the pressure region, even if it is intended, either essentially only fuel or essentially only to suck additive into the pressure range.
  • a pure suction of only fuel or only additive is mentioned, a mixture is also included, in each case a negligible amount of each other's other fluid in the fuel and / or additive is available.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention further comprises a pump housing in which the pressure area and the pump piston are at least partially arranged. It is preferred that the inlet valve and / or the fuel inlet and / or the additive inlet at least partially are arranged in the pump housing.
  • a compact pumping device together with the pump housing, the inlet valve, the fuel inlet and / or the additive feed can be provided, which can positively influence the fluid flow by its structural geometry, for example by introducing an increased flow rate to maximize the Sche shear forces and increasing the degree of mixing of the Kraft stoffs with the additive.
  • the device according to the invention further comprises a compensation region arranged in the pump housing upstream of the inlet valve, which is adapted to the and / or displaced during a stroke of the pump piston from the second dead center to the first dead center of the pump piston through the inlet valve fuel and / or add additive and save.
  • Such a compensation region is preferably provided as a damping region provided in the pump housing, which at least partially accommodates the mixture of fuel and additive flowing back from the pressure region through the inlet valve, so that pressure pulsations can be at least partially suppressed.
  • the compensation area is a separate and independent from the pressure range within the pump housing and therefore is not in direct operative connection with the pump piston.
  • the pump piston is not designed to change the volume of the compensation area by its strokes.
  • the additive feed is fluidly connected to the fuel feed at a mixing point downstream of the equalization region and upstream of the inlet valve.
  • This can provide the technical advantage that on the one hand through flow times of the fuel additive mixture until High-pressure accumulator can be reduced and on the other hand, the return flow of the additive can be minimized in the compensation area.
  • Fuel inlet fluidly connected at a mixing point, which is located in the immediate vicinity of the fluid connection of the fuel inlet with the inlet valve.
  • the fiction, contemporary device further comprises an additive valve disposed in the additive valve, which is adapted to control the amount of additive which is supplied to the fuel inlet at a mixing point.
  • the additive valve is a steu erbares proportional or digital 2/2-way valve, which may also be at least partially integrated in an advantageous embodiment in the pump housing. Such an arrangement can further increase the compact design of the device according to the invention.
  • the device according to the invention further comprises an outlet valve, through which the fuel and / or the additive during a stroke movement of the pump piston from the second dead center to first dead center of the pump piston are displaced from the pressure range.
  • the outlet valve is a spring-loaded check valve.
  • the device according to the invention also has a high-pressure accumulator arranged downstream of the outlet valve, which is designed to dispense the fuel and / or additive displaced by the exhaust valve during a stroke movement of the pump piston from the second dead center to the first dead center take and store under high pressure.
  • the mixing ratio of the fuel-additive mixture stored in the high pressure may be adjusted as desired by allowing the amount of fuel and additive drawn into the pump device through the inlet valve to be respectively adjusted as desired.
  • the quantity of the mixture of fuel and additive stored in the high-pressure accumulator depends on the operating time at which
  • the device according to the invention further comprises a fuel valve arranged in the fuel inlet, which is designed to control the amount of fuel supplied to the inlet valve.
  • the fuel valve is upstream of the fluid connection between the fuel inlet fuel and the additive inlet arranged.
  • the fuel valve is arranged upstream of the compensation area.
  • the device according to the invention also has a control device, which is designed to control the inlet valve such that during a stroke movement of the pump piston from the first dead center to the second dead center both fuel and additive is sucked into the pressure range.
  • the device according to the invention further comprises a control device, which is designed to control the inlet valve such that during a stroke movement of the pump piston from the first dead center to the second dead center either fuel or additive is sucked into the pressure range.
  • a control device it is preferable for a control device to control the inlet valve as desired and as a function of the present operating state of the internal combustion engine.
  • control device it is thus possible to control the amount and the proportion of fuel and / or additive, which are sucked into the pressure range.
  • a method for operating a device according to the invention comprises a suction of fuel and / or additive through the inlet valve in the pressure range of the pump device during a stroke of the pump piston from the first dead center to the second dead center and a displacement of the fuel and / or additive from the pressure range during a stroke of the pump piston from second dead center to the first dead center.
  • the additive is added to the fuel before the pressure range such that in the pressure range by the stroke of the piston further mixing of this mixture can take place, which can lead to improved homogenization of the mixture.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a device according to the invention for conveying fuel and / or additive
  • Fig. 2 shows another embodiment of an inventive
  • Fig. 3 shows another embodiment of an inventive
  • Fig. 4 is a diagram showing a time course of several strokes of a pump piston of a device according to the invention for conveying
  • Fuel and / or additive shows, and Fig. 5 shows a diagram which shows a further chronological progression of several strokes of the pump piston of a device according to the invention for conveying fuel and / or additive.
  • the device 100 is designed in particular to promote fuel and / or additive in a high-pressure accumulator 180 such that in the high-pressure accumulator 180 is present a mixture of fuel and additive with a predetermined mixing ratio.
  • the mixture in the high-pressure accumulator 180 has a high degree of homogenization, so that separation effects in the high-pressure accumulator can be reduced.
  • the device 100 of FIG. 1 has a pump device 110, in which a pressure region 112 is arranged and which has a pump piston 114, which is linearly movable at least partially in the pressure region 112.
  • the pump piston 114 is configured to reciprocate between a first dead center where a volume of the pressure range is minimized and a second dead center at which a volume of the pressure range 112 is maximized.
  • This reciprocating movements or individual strokes of the pump piston 114 can be done in example by a camshaft drive. Age natively, separate drives of the pump device are conceivable.
  • the pressure region 112 is defined in particular by the fact that this, as described above, with the pump piston 114 in direct active connection stands. In particular, the pressure region 112 is described by that volume which is directly changeable by the strokes of the pump piston 114. The pressure region 112 thus includes only the direct and unthrottled region between the interface of the upstream intake valve 120 and the downstream exhaust valve 170. Accordingly, any other device provided in the pump 110 other areas or volumes or with the pump piston 114th not in direct
  • the cross section of the pressure region 112 is substantially equal to the cross section of the pump piston 114, so that the pump piston 114 can slide at least partially on the wall of the pressure region 112.
  • the device 100 further has an inlet valve 120, via which fuel and / or additive can be sucked into the pressure region 112.
  • a fuel inlet 142 associated with a fuel circuit 140 that may include other elements not explicitly illustrated in the drawings is connected to the intake valve 120 and configured to supply fuel to the intake valve 120.
  • the fuel circuit 140 may comprise, for example, a fuel tank, a fuel feed pump and other known from the prior art elements for a fuel cycle.
  • the fuel circuit 140 may be configured, for example, as a fuel fossil fuel such. As diesel or gasoline, biofuels such. As ethanol or methanol products, liquefied gases such as LPG, LNG or CNG, or synthetic fuel such. As oxymethylene ether (OME) provide.
  • the apparatus further includes an additive inlet 152 associated with an additive circuit 150 configured to provide additive.
  • an additive circuit 150 may include an additive tank, an additive feed pump, and other additive cycle components known in the art.
  • the additive circuit 150 may be configured to provide as an additive water, an aqueous urea solution, water-ethanol mixtures, or water-surfactant mixtures configured to be mixed with the fuel prior to combustion.
  • the additive inlet 152 is connected to the fuel inlet 142 at a mixing point 130 upstream of the inlet valve 120, and is configured to mix the additive with the fuel flowing in the fuel inlet 142.
  • the mixing point 130 is located immediately in front of the inlet valve 120.
  • the device 100 of FIG. 1 also includes an equalization region 160 associated with the fuel system 140 and disposed upstream of the intake valve 120.
  • the compensation region 160 is designed to receive and store the fuel and / or additive displaced during a stroke movement of the pump piston 114 from the second dead center to the first dead center by the pump piston 114 through the inlet valve 120.
  • the inlet valve 120 may still be at least partially open and thus a return flow of the into the pressure region 112 during the previous stroke of the first Dead center to the second dead point sucked fuel and / or additive into the balancing area 160 takes place.
  • the amount of additive within the equalization region 160 will be negligibly small.
  • the fuel inlet 142 on the downstream side of the balance region 160 is fluidly connected thereto such that a barrier function may be by gravity due to the density differences of the media.
  • a barrier function may be by gravity due to the density differences of the media.
  • the fuel inlet 142 be attached to a lower portion of the equalization region 160, as the additive will accumulate within the equalization region 160 in the lower region and the fuel will accumulate due to its lower density upper area. Consequently, it can be ensured by this geometric feature that if additive enters the compensation region 160, it is conveyed out of the compensation region 160 in a subsequent operating cycle of the pump device 110.
  • the fluid connections of the additive feed 152 may occur at the mixing point 130 and the fuel feed 142 at the mixing point 130.
  • the device 100 also includes an outlet valve 170, such as a check valve, through which the
  • Fuel and / or the additive in a stroke movement of the pump piston 114 from the second dead center to the first dead center of the pump piston 114 from the pressure range 112 is displaced.
  • the fuel and / or additive leaving the pressure region 112 through the outlet valve 170 then passes, as already mentioned, into the high-pressure reservoir 180 which contains the mixture from fuel and additive combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine with a predetermined Consver ratio and holds under high pressure.
  • the high pressure is in a range between about 20 bar and 600 bar.
  • the inlet valve 120 is shown as a controllable per proportional or digital 2/2-way valve, which can be opened and closed by means of a control unit (not explicitly shown in the drawings).
  • the pump device 110 comprises a pump housing 111, in which the
  • the pump housing 111 thus has a compact structure and combines several components of the device 100 according to the invention in itself.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention of FIG. 1, the device 100 of FIG. 2 additionally having an additive valve 154 in the form of a controllable proportional or digital 2/2-way valve which is provided in the additive inlet 152.
  • the additive valve 154 which may alternatively be a check valve, is shown as being located outside the pump housing 111 in FIG. However, it is alternatively possible, at least partially integrate the additive valve 154 in the pump housing 111, which can increase the Kom paktheit the pump housing 111 more.
  • the additive valve 152 By means of the additive valve 152, the metering of the additive during a stroke movement of the pump piston 114 from the first dead center to the second dead center by means of actuating the additive valve 154 can be controlled as desired.
  • FIG. 3 shows another possible embodiment of he inventive device 100 and differs from the device 100 shown in FIG. 2 therein, in addition, a fuel valve 144 in the fuel inlet 142 is provided, which upstream of the inlet valve 120 and upstream of the Mixture point 130 and upstream of the equalization region 160 is arranged.
  • a fuel valve 144 in the fuel inlet 142 is provided, which upstream of the inlet valve 120 and upstream of the Mixture point 130 and upstream of the equalization region 160 is arranged.
  • Fuel valve 144 may be disposed downstream of the compensation region 160 and upstream of the mixing point 130.
  • the fuel valve 144 which may be a controllable proportional or digital 2/2-way valve, for example, is configured to control the supply of fuel to the intake valve 120.
  • the fuel valve 144 may be formed as a check valve.
  • control unit not explicitly shown in FIG. 1 may be designed to control the inlet valve 120 such that the method steps according to the invention are carried out.
  • the reciprocating piston 114 initially located at the first dead center begins to move to the second dead center, during which the intake valve 120 is opened during this stroke from the first dead center to the second dead center for a predetermined period of time.
  • the inlet valve 120 When the inlet valve 120 is open, intake of fuel in the pressure range from the fuel inlet 142 and fuel from the additive inlet 152 via the inlet valve 120 are sucked into the pressure region 112 by the generation of negative pressure.
  • the additive mixes with the fuel already at least partially at the mixing point 130, wherein a further mixing can take place within the pressure range 112.
  • the inlet valve 120 is closed.
  • the inlet valve 120 is closed, the mixture of fuel and additive is displaced by the exhaust valve 170 in the high-pressure accumulator 180, where it can be burned for subsequent combustion within the combustion chambers of the internal combustion engine ,
  • the opening time of the intake valve 120 By controlling the opening time of the intake valve 120, the amount of fuel and additive mixture sucked into the pressure region 112 can be adjusted as desired.
  • vorzu a control element within the additive circuit 150, for example, the additive valve 154 of FIG. 2, a throttle or any other skilled in the Steen approximately element.
  • Fuel valve 144 according to the devices 100 of Fig. 2 and / or 3, the mixing ratio between fuel and additive can also be adjusted.
  • the control device may be configured to control the ad ditiveventil 154 and / or the fuel valve 144 to such that sucked during the strokes of the pump piston 114 from the first dead center to the second dead center, a mixture of fuel and additive with desired mixing ratio in the pressure range 112 becomes.
  • FIGS. 4 and 5 further inventive method for operating the inventive device 100 of FIG. 3 will be explained below, wherein also the direction of 100 of FIG. 2 can be controlled in these ways.
  • a control unit not explicitly shown in FIGS. 2 and 3 is designed to control the inlet valve 120, the fuel valve 144 and the additive valve 154 such that the method steps according to the invention are carried out.
  • a stroke cycle of the pump piston 114 is defined by a stroke of the pump piston 114 from the first dead center to the second dead center and by a subsequent stroke from the second dead center to the first dead center.
  • the driving of the plurality of valves and devices by a control device (in the drawing not explicitly shown voltages) done, which has, for example, electronic storage and electronic processing units.
  • the control device may in particular be in communication with and communicate with or integrated into a main control device of the internal combustion engine.
  • the control device is designed to control the Allow valve 120, the fuel valve 144 and the additive valve 154 to control such that the inventive method can be performed.
  • FIG. 4 shows a chronological progression of several strokes of the pump piston 114 of the device 100 of FIG. 3 between the first dead center (1st TP) and the second dead center (2nd TP).
  • the inventive method explained with reference to FIG. 4 can, as already mentioned, also be carried out with the device 100 of FIG. 2.
  • the process of FIG. 4 begins at time to with the pump piston 114 being at the first dead center l.TP and starting to move in the direction of the second dead center. At time to, intake valve 120, fuel valve 144, and additive valve 154 are closed.
  • the inlet valve 120 and the additive valve 154 are controlled at the time to open and by the increase in volume during the stroke of the pump piston 114 from the first dead center to the second dead center, a predetermined amount of additive over the driving times of the two valves 120, 154 and the stroke of the pump piston can be controlled from the additive circuit 150 through the additive valve 154 and the inlet valve 120 is sucked into the pressure region 112. It should be noted at this point that the quantity of fuel and additive present in the compensation area from a previous lifting cycle in the compensation area 160 is negligibly small.
  • the additive valve 154 is controlled such that it closes at the time ti, wherein the inlet valve 120 remains open.
  • the in Fig. 4th obliquely hatched area indicates that during the time period between to and ti, the predetermined amount of additive was drawn into the pressure area 112 by the additive valve 154 and the inlet valve 120.
  • a predetermined amount of fuel can be drawn from the fuel system 140 through the fuel valve 144 and the inlet valve 120 into the pressure region 112.
  • the fuel sucked into the pressure region 112 can then mix within the pressure region 112 with the additive previously sucked into the pressure region 112.
  • the high inflow speeds of the fuel or of the additive produced by the inlet valve 120 can be utilized for good mixing of the fuel with the additive.
  • the inlet valve 120 is controlled such that it closes, wherein at the same time the fuel valve 144 can be closed.
  • the time t 3 preferably describes the time at which the pump piston 114 is at the second dead center. Alternatively, the time t 3 may also be later than the time at which the pump piston 114 is at the second dead center.
  • the area shown in Fig. 4 indicates that during the period between t 2 and t 3 the predetermined amount of fuel was sucked through the inlet valve 120 into the pressure region 112.
  • the mixture of fuel and additive mixed in the pressure region 112 is then at least partly further mixed, at least partially compressed and displaced by the pump piston 114 from the pressure region 112 through the outlet valve 170 into the high-pressure reservoir 180.
  • the inlet valve 120 is not yet closed at time t 3 . Consequently, the pump piston 114 will displace a certain portion of the fuel additive mixture not only through the outlet valve 170, but also in the reverse flow direction through the inlet valve 120 into the compensation area 160. However, it is preferred that the amount of fuel-additive mixture displaced into the equalization area 160 be relative to the amount of force displaced into the high-pressure accumulator 180
  • the mixing ratio of fuel to additive is such that significantly more fuel is present as an additive in the fuel-additive mixture.
  • the time periods between to and ti and between t 2 and t 3 may be set as desired for adjusting the mixing ratio of fuel and additive within the pressure range 112. In particular, the setting of these periods and thus the setting of the predetermined mixing ratio Mi takes place depending on the current operating state of the internal combustion engine. This means that recorded at any time of the operating condition of the internal combustion engine and dynamically the mixing ratio of fuel and additive for the detected operating condition of the internal combustion engine can be turned on. It should also be noted that the process steps described above need not be identical to the control steps of the valves. It should be noted that for an optimized function of the method delay times and overlays of the valves are to be considered. Under certain circumstances, even to ensure the function of a valve another valve to control.
  • the pump piston 112 thus sucks both fuel and additive during each stroke cycle, the fuel at least partially mixing with the additive in the pressure region 112 and acting as force
  • substance-additive mixture is conveyed into the high-pressure accumulator 180.
  • the additive may mix with the residual fuel present at the point Mi.
  • the amount of this residual fuel is negligibly small.
  • the person skilled in the art will be aware that the amount of residual additive or
  • FIG. 5 shows a further chronological progression of several strokes of the pump piston 114 between the first dead center (1st TP) and the second dead center (2nd TP).
  • the method of Fig. 5 starts with the fact that the pump piston 114 at the time to be in the first dead center be, in which the pressure region 112 has its minimum volume. At time to all valves 120, 144, 154 are closed.
  • the pump piston 114 performs a stroke from the first dead center to the second dead center, which is reached at the time ti.
  • the inlet valve 120 and the additive valve 154 are controlled to open. Both valves 120, 154 remain open during the period between to and ti and are only controlled at time ti such that they close again.
  • the fuel valve 144 remains closed. Thus, during this lifting movement of the pump piston 114, only additive is sucked into the pressure chamber region 112.
  • the inlet valve 120 and the fuel valve 144 is controlled so that they open.
  • the additive valve 154 remains closed. In the subsequent stroke movement of the pump piston 114 from the first dead center to the second dead center, which is achieved at a third time t 3 , thus only fuel is sucked into the pressure region 112.
  • Fuel lifting cycles are available as additive lifting cycles.
  • the adjustment of the mixing ratio of fuel and Additive within the high pressure accumulator 180 may be made, for example, by changing the number of additive stroke cycles.
  • the additive lifting cycles at periodic intervals, z. B. every fourth, fifth or sixth Hubzyklus be provided.
  • the periodic distances are dynamically changeable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren zum Fördern von Kraftstoff und/oder einem Additiv, wie beispielsweise Wasser, für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (100) umfasst eine Pumpenvorrichtung (110), in der ein Druckbereich (112) angeordnet ist und die einen sich im Druckbereich (112) hin und her beweglichen Pumpenkolben (114) aufweist,ein Einlassventil (120), über das Kraftstoff und/oder Additiv in den Druckbereich (112) ansaugbar ist, einen Kraftstoffzulauf (142), der mit dem Einlassventil (120) fluidmäßig verbunden ist, und einen Additivzulauf (152), der mit dem Kraftstoffzulauf (142) fluidmäßig verbunden ist. Der Pumpenkolben (114) ist dazu ausgebildet, bei einer Hubbewegung vom ersten Totpunkt (1. TP) zum zweiten Totpunkt (2. TP) eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff und/oder eine vorbestimmte Menge an Additiv über das Einlassventil (120) in den Druckbereich (112) anzusaugen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Fördern von Kraftstoff und Additiv
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und einem Additiv, wie beispielsweise Wasser oder eine Harnstofflösung, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
Dem Kraftstoff für Brennkraftmaschinen können Flüssigkeiten zugemischt werden, um die Verbrennung, die Schadstoffemissionen und das Temperaturverhalten der Verbrennung zu verbessern. Das Volumen des Kraftstoffhochdruckdirekteinspritzsystems muss jedoch eine gewisse Mindestgröße aufweisen, um Druckpulsationen, welche durch die einzelnen Förderhübe der Hochdruckpumpe und die Einspritzungen der einzelnen Kraftstoffinj ektoren verursacht werden, zu dämpfen und eine zu große Abweichung der Ein spritzdrücke zum Zeitpunkt der Öffnung der Kraftstoffinj ektoren der einzelnen Zylinder zu vermeiden. Bei instationären An wendungen, wie z. B. in Fahrzeugen, führt die Änderung der Menge der zugemischten Flüssigkeit oder Unterbrechung der Zumischung der Flüssigkeit, zu einer erhebliche Verzugszeit, bis die zugemischte Flüssigkeit in der geforderten Menge in den
Brennräumen der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Es kann dann nicht zu vermeiden sein, dass die Brennkraftmaschine abgestellt wird, bevor die gesamte zugemischte Flüssigkeit aus dem Hochdrucksystem von der Brennkraftmaschine verarbeitet wurde. Die Brennkraftmaschine muss in diesem Fall mit dem noch vorhandenen Gemisch aus Kraftstoff und zugemischter Flüssigkeit gestartet werden. Die Startfähigkeit der Brennkraftmaschine kann dadurch stark eingeschränkt sein. Für den Fall, dass die zu gemischte Flüssigkeit Wasser ist, kann das Wasser im Hoch drucksystem bei abgestellter Brennkraftmaschine und bei niedriger Außentemperatur gefrieren. In diesem Zustand könnte die Brennkraftmaschine nicht mehr gestartet werden und die Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems können beschädigt werden .
Die DE 10 2012 206 984 Al beschreibt ein Kraftstoffein- spritzsystem für eine Brennkraftmaschine, welche mit einer Hochdruckeinspritzleiste, einer Pumpe und einer Mischein richtung, die dazu ausgebildet ist, Kraftstoff mit Waser zu mischen, versehen ist.
Ferner ist aus der DE 10 2015 214 050 Al eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von Kraftstoff und Wasser bekannt. Eine Pumpe wird dabei mit einem Druckraum vorgesehen, der einen Kraftstoffbereich und einen direkt damit in Verbindung stehenden Mischbereich aufweist. Der Kraftstoff wird in den Kraft stoffbereich angesaugt und von dem Kolben in den Mischbereich verdrängt, in den dann Wasser eingespritzt wird, um sich mit dem Kraftstoff zu mischen.
Die DE 10 2013 206 102 Al beschreibt ein System zur Wasser einspritzung für eine Verbrennungskraftmaschine. Das System umfasst erste Injektoren, die jeweils eine Flüssigkeit direkt in eine Brennkammer einspritzen und zweite Injektoren, die jeweils eine Flüssigkeit in ein Saugrohr vor der Brennkammer einspritzen. Es ist wenigstens ein zwischen einem Kraftstofftank und den ersten und zweiten Injektoren angeordnetes Kraftstoffzulei- tungs-Ventil und ein zwischen einem Wasservorratsbehälter und den ersten Injektoren angeordnetes Wasserzuleitungs-Ventil vorgesehen. Die Ventile sind so schaltbar, dass die ersten Injektoren sowohl in Strömungsverbindung mit dem Kraftstofftank als auch mit dem Wasservorratsbehälter und die zweiten Injektoren in Strömungsverbindung mit dem Kraftstofftank bringbar sind. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fördern von Kraftstoff und Additiven vorzusehen, mit denen ein möglichst exakt dosierendes, dyna misches und ein zuverlässiges Zuführen eines Gemischs aus Kraftstoff und Additiven an die Brennkraftmaschine gewährleistet werden kann und das im Hinblick auf die Umgebungsbedingungen nahezu störungsunanfällig ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen ange geben .
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiven vorzusehen, bei der sich der Kraftstoff mit dem Additiv überwiegend stromaufwärts eines Einlassventil einer Pumpen vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiv derart vermischt, dass die Pumpenvorrichtung das Gemisch aus Kraftstoff und Additiv fördert. Insbesondere ist es dabei bevorzugt, dass der Mischungspunkt des Kraftstoffs mit dem Additiv unmittelbar vor dem Einlassventil der Pumpenvorrichtung angeordnet ist, damit die an dieser Stelle erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Fluide zu einer maximalen Scherung der Medien und somit einem hohen Vermischungsgrad führen können. Alternativ kann sich der Kraftstoff mit dem Additiv größtenteils erst stromabwärts der Pumpenvorrichtung vermischen, beispielsweise in einer Hoch druckspeichervorrichtung .
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder einem Additiv, wie beispielsweise Wasser oder einer Harnstofflösung, für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs vorgesehen. Die erfin dungsgemäße Vorrichtung weist eine Pumpenvorrichtung, in der ein Druckbereich angeordnet ist und die einen sich zumindest teilweise im Druckbereich linear beweglichen Pumpenkolben aufweist, der dazu ausgebildet ist, sich zwischen einem ersten Totpunkt, bei dem ein Volumen des Druckbereichs minimiert ist, und einem zweiten Totpunkt, bei dem ein Volumen des Druckbereichs maximiert ist, hin und her zu bewegen, ein Einlassventil, über das Kraftstoff und/oder Additiv in den Druckbereich ansaugbar ist, einen Kraftstoffzulauf, der mit dem Einlassventil flu idmäßig verbunden ist, und einen Additivzulauf auf, der mit dem Kraftstoffzulauf fluidmäßig verbunden ist. Der Pumpenkolben ist dabei dazu ausgebildet, bei einer Hubbewegung vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff und/oder eine vorbestimmte Menge an Additiv über das Ein lassventil in den Druckbereich anzusaugen.
Dabei ist es bevorzugt, dass im Wesentlichen ein Gemisch aus Kraftstoff und Additiv in den Druckbereich angesaugt wird. Auch beim Vorsehen von weiteren Ventilen im Kraftstoffzulauf und/oder im Additivzulauf verbleibt jeweils eine Restmenge von Kraftstoff und/oder Additiv in dem Bereich zwischen diesen etwaigen vorgesehenen Ventilen und dem Druckbereich, auch wenn es an gedacht ist, entweder im Wesentlichen nur Kraftstoff oder im Wesentlichen nur Additiv in den Druckbereich anzusaugen. Es soll aber im Rahmen dieser Erfindung sein, dass wenn von einem reinen Ansaugen von nur Kraftstoff oder nur Additiv die Rede ist, auch ein Gemisch umfasst ist, bei dem jeweils eine vernachlässigbar kleine Menge des j eweils anderes Fluid in dem Kraftstoff und/oder Additiv vorhanden ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung umfasst ferner ein Pumpengehäuse, in dem der Druck bereich und der Pumpenkolben zumindest teilweise angeordnet sind. Dabei ist es bevorzugt, dass das Einlassventil und/oder der Kraftstoffzulauf und/oder der Additivzulauf zumindest teilweise im Pumpengehäuse angeordnet sind. Somit kann eine kompakte Pumpenvorrichtung samt dem Pumpengehäuse, dem Einlassventil , dem Kraftstoffzulauf und/oder dem Additivzulauf bereitgestellt werden, was durch seine strukturelle Geometrie die Fluidströmung positiv beeinflussen kann, beispielsweise durch Einbringen einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit zum Maximieren der Sche rungskräften und einem Erhöhen des Mischungsgrads des Kraft stoffs mit dem Additiv.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vor richtung ferner einen im Pumpengehäuse stromaufwärts des Einlassventils angeordneten Ausgleichbereich umfasst, der dazu ausgebildet ist, den und/oder das während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt vom Pumpenkolben durch das Einlassventil verdrängten Kraftstoff und/oder Additiv aufzunehmen und zu speichern.
Ein solcher Ausgleichbereich vorzugsweise als ein im Pumpen gehäuse vorgesehener Dämpfungsbereich vorgesehen, der das aus dem Druckbereich durch das Einlassventil rückströmende Gemisch aus Kraftstoff und Additiv zumindest teilweise aufnimmt, damit Druckpulsationen zumindest teilweise unterdrückt werden können. Es sei dabei ausdrücklich festgehalten, dass der Ausgleich bereich ein vom Druckbereich separater und unabhängiger Bereich innerhalb des Pumpengehäuses ist und folglich nicht mit dem Pumpenkolben in direkter Wirkverbindung steht. Insbesondere ist der Pumpenkolben nicht dazu ausgebildet, das Volumen des Ausgleichbereichs durch seine Hubbewegungen zu verändern.
Vorzugsweise ist der Additivzulauf mit dem Kraftstoffzulauf an einem Mischungspunkt stromabwärts des Ausgleichbereichs und stromaufwärts des Einlassventils fluidmäßig verbunden. Dies kann den technischen Vorteil bieten, dass zum einen die Durch strömungszeiten des Kraftstoff-Additiv-Gemisches bis zum Hochdruckspeicher reduziert werden und zum anderen der Rückstrom des Additivs in den Ausgleichbereich minimiert werden kann. Vorzugsweise erfolgen die fluidmäßigen Anbindungen des
Kraftstoffzulaufs an dem Ausgleichbereich, des Additivzulaufs am Mischungspunkt und des Kraftstoffzulaufs am Mischungspunkt geometrisch derart, dass eine Sperrfunktion durch die
Schwerkraft aufgrund der Dichteunterschiede der Medien entsteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist der Additivzulauf mit dem
Kraftstoffzulauf an einem Mischungspunkt fluidmäßig verbunden, der sich in der unmittelbaren Nähe der fluidmäßigen Verbindung des Kraftstoffzulaufs mit dem Einlassventil befindet. Wie bereits oben erwähnt bietet dies den Vorteil, dass durch diese geometrische Anordnung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs und/oder des Additivs eingebracht werden kann, was wiederum zu erhöhten Scherungskräften und folglich einem verbesserten Mischungsgrad des Kraftstoffs mit dem Additiv führen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungs gemäße Vorrichtung ferner ein im Additivzulauf angeordnetes Additivventil, das dazu ausgebildet ist, die Menge an Additiv zu steuern, welches dem Kraftstoffzulauf an einem Mischungspunkt zugeführt wird. Vorzugsweise ist das Additivventil ein steu erbares proportionales oder digitales 2/2-Wegeventil, das in einer vorteilhaften Ausgestaltung ebenfalls zumindest teilweise im Pumpengehäuse integriert angeordnet sein kann. Eine solche Anordnung kann die kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöhen.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ein Auslassventil auf, durch das der Kraftstoff und/oder das Additiv bei einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt vom Pumpenkolben aus dem Druckbereich verdrängt werden. Bevorzugt ist das Auslassventil ein federbelastetes Rückschlagventil .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem einen stromabwärts des Auslassventils angeordneten Hochdruckspeicher auf, der dazu ausgebildet ist, den und/oder das während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt vom Pumpenkolben durch das Auslassventil verdrängten Kraftstoff und/oder Additiv aufzu nehmen und unter Hochdruck zu speichern.
Das Mischungsverhältnis des im Hochdruck gespeicherten Gemischs aus Kraftstoff und Additiv kann dadurch wie gewünscht eingestellt werden, dass die durch das Einlassventil in die Pumpenvorrichtung angesaugte Menge an Kraftstoff und Additiv jeweils wie gewünscht eingestellt werden kann. Insbesondere hängt die im Hoch druckspeicher vorgehaltene Menge an dem Gemisch von Kraftstoff und Additiv davon ab, zu welchem Betriebszeitpunkt die
Brennkraftmaschine welches Gemisch daraus zu einem effizienten Betrieb verbrennen soll.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ein im Kraftstoffzulauf angeordnetes Kraftstoffventil auf, das dazu ausgebildet ist, die Menge an dem Einlassventil zugeführten Kraftstoff zu steuern. Das Kraftstoffventil ist dabei strom aufwärts der fluidmäßigen Verbindung zwischen dem Kraft stoffzulauf und dem Additivzulauf angeordnet. In einer vor teilhaften Ausgestaltung ist das Kraftstoffventil stromaufwärts des Ausgleichbereichs angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem eine Steuervorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das Einlassventil derart zu steuern, dass während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt sowohl Kraftstoff als auch Additiv in den Druckbereich angesaugt wird.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die erfindungsgemäße Vor richtung ferner eine Steuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Einlassventil derart zu steuern, dass während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt entweder Kraftstoff oder Additiv in den Druckbereich angesaugt wird. Dabei ist es bevorzugt, dass eine Steuervor richtung das Einlassventil wie gewünscht und in Abhängigkeit des vorliegenden Betriebszustands der Brennkraftmaschine steuert.
Mit der Steuervorrichtung ist es somit möglich, die Menge und den Anteil an Kraftstoff und/oder Additiv zu steuern, welche in den Druckbereich angesaugt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Ansaugen von Kraftstoff und/oder Additiv durch das Einlassventil in den Druckbereich der Pumpenvorrichtung während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt und ein Verdrängen des Kraftstoffs und/oder Additivs aus dem Druck bereich während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens ist ferner ein Mischen einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff mit einer vorbestimmten Menge an Additiv an einem Mischungspunkt stromaufwärts des Einlassventils derart vorgesehen, dass während des Schritts des Ansaugens bereits ein Gemisch aus Kraftstoff und Additiv in den Druckbereich durch das Einlassventil angesaugt wird. In einer derartig besonders bevorzugten Ausgestaltung wird somit das Additiv dem Kraftstoff schon vor dem Druckbereich derart zugemischt, dass in dem Druckbereich durch die Hubbewegung des Kolbens eine weitere Durchmischung dieses Gemischs erfolgen kann, was zu einer verbesserten Homogenisierung des Gemischs führen kann.
In vorteilhafter Weise wird über eine vorbestimmte Anzahl an Hubbewegungen des Pumpenkolbens vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt in den Druckbereich mehr Kraftstoff als Additiv an gesaugt. Somit fällt das Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Additiv überwiegend zugunsten des Kraftstoffs aus.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorbeschriebenen Lehre und/oder Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiv zeigt,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiv zeigt,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiv zeigt,
Fig. 4 ein Diagramm darstellt, das einen zeitlichen Verlauf mehrerer Hubbewegungen eines Pumpenkolbens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fördern von
Kraftstoff und/oder Additiv zeigt, und Fig . 5 ein Diagramm darstellt, das einen weiteren zeitlichen Verlauf mehrerer Hubbewegungen des Pumpenkolbens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiv zeigt.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 eine erfin dungsgemäße Vorrichtung 100 zum Fördern von Kraftstoff und/oder Additiv im Detail beschrieben. Die Vorrichtung 100 ist ins besondere dazu ausgebildet, Kraftstoff und/oder Additiv in einen Hochdruckspeicher 180 derart zu fördern, dass in dem Hoch druckspeicher 180 ein Gemisch aus Kraftstoff und Additiv mit einem vorbestimmten Mischungsverhältnis vorliegt. Insbesondere ist es wünschenswert, dass das Gemisch im Hochdruckspeicher 180 einen hohen Homogenisierungsgrad aufweist, damit Entmi schungseffekte in dem Hochdruckspeicher reduziert werden können.
Die Vorrichtung 100 der Fig. 1 weist eine Pumpenvorrichtung 110 auf, in der ein Druckbereich 112 angeordnet ist und die einen sich zumindest teilweise im Druckbereich 112 linear beweglichen Pumpenkolben 114 aufweist. Der Pumpenkolben 114 ist dazu ausgebildet, sich zwischen einem ersten Totpunkt, bei dem ein Volumen des Druckbereichs minimiert ist, und einem zweiten Totpunkt, bei dem ein Volumen des Druckbereichs 112 maximiert ist, hin und her zu bewegen. Diese Hin- und Herbewegungen bzw. einzelnen Hubbewegungen des Pumpenkolbens 114 können bei spielsweise durch einen Nockenwellenantrieb erfolgen. Alter nativ sind auch separate Antriebe der Pumpenvorrichtung denkbar.
Der Druckbereich 112 ist insbesondere dadurch festgelegt, dass dieser, wie oben beschrieben, mit dem Pumpenkolben 114 in direkter Wirkverbindung steht. Insbesondere wird der Druck bereich 112 durch dasjenige Volumen beschrieben, das durch die Hubbewegungen des Pumpenkolbens 114 direkt veränderbar ist. Der Druckbereich 112 beinhaltet also nur den direkten und nicht abgedrosselten Bereich zwischen der Schnittstelle des vorge schalteten Einlassventils 120 und des stromabwärts angeordneten Auslassventils 170. Entsprechend sind etwaige in der Pumpen vorrichtung 110 vorgesehene andere Bereiche bzw. Räume bzw. Volumen, die mit dem Pumpenkolben 114 nicht in direkter
Wirkverbindung stehen, nicht unter dem Druckbereich 112 gemäß der vorliegenden Erfindung zu subsummieren bzw. einem solchen Druckbereich 112 zuzuordnen. Vielmehr ist es bevorzugt, dass der Querschnitt des Druckbereichs 112 im Wesentlichen gleich ist zum Querschnitt des Pumpenkolbens 114, so dass der Pumpenkolben 114 an der Wandung des Druckbereichs 112 zumindest teilweise gleiten kann .
Die Vorrichtung 100 weist ferner ein Einlassventil 120 auf, über das Kraftstoff und/oder Additiv in den Druckbereich 112 ansaugbar ist. Ein Kraftstoffzulauf 142, der einem Kraftstoffkreislauf 140 zugeordnet ist, der weitere, in den Zeichnungen nicht explizit dargestellte Elemente aufweisen kann, ist mit dem Einlassventil 120 verbunden und dazu ausgebildet, Kraftstoff dem Einlassventil 120 zuzuführen. Der Kraftstoffkreislauf 140 kann beispielsweise einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffvorförderpumpe und weitere aus dem Stand der Technik bekannte Elemente für einen Kraft stoffkreislauf aufweisen. Der Kraftstoffkreislauf 140 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, als Kraftstoff fossilen Kraftstoff, wie z. B. Diesel oder Benzin, Biokraftstoffe, wie z. B. Ethanol- oder Methanolprodukte, Flüssiggase, wie z. b. LPG, LNG oder CNG, oder synthetischen Kraftstoff, wie z. B. Oxymethylenether (OME), bereitzustellen. Die Vorrichtung weist ferner einen Additivzulauf 152 auf, der einem Additivkreislauf 150 zugeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, Additiv bereitzustellen. Beispielsweise kann ein solcher Additivkreislauf 150 einen Additivtank, eine Additivvorför- derpumpe und weitere aus dem Stand der Technik bekannte Bauteile für einen Additivkreislauf umfassen. Der Additivkreislauf 150 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, als Additiv Wasser, eine wässrige Harnstofflösung, Wasser-Ethanol-Gemische oder Wasser-Tensid-Gemische bereitzustellen, die dazu ausgebildet sind, mit dem Kraftstoff vor einer Verbrennung vermischt zu werden .
Der Additivzulauf 152 ist mit dem Kraftstoffzulauf 142 an einem Mischungspunkt 130 stromaufwärts des Einlassventils 120 flu idmäßig verbunden und dazu ausgebildet, dem im Kraftstoffzulauf 142 strömenden Kraftstoff das Additiv zuzumischen. Vorzugsweise ist der Mischungspunkt 130 unmittelbar vor dem Einlassventil 120 angeordnet .
Die Vorrichtung 100 der Fig. 1 weist außerdem einen Aus gleichbereich 160 auf, der dem KraftstoffSystem 140 zugeordnet ist und stromaufwärts des Einlassventils 120 angeordnet ist. Der Ausgleichbereich 160 ist dazu ausgebildet, den und/oder das während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt von dem Pumpenkolben 114 durch das Einlassventil 120 verdrängten Kraftstoff und/oder Additiv aufzunehmen und zu speichern. Insbesondere kann davon ausge gangen werden, dass nach der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt die darauffolgende Hubbewegung vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt erfolgt, während der jedoch aus Gründen der Mengenregelung des Kraft stoffsystems das Einlassventil 120 noch zumindest teilweise geöffnet sein kann und folglich ein Rückstrom des in den Druckbereich 112 während der vorherigen Hubbewegung vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt angesaugte Kraftstoff und/oder Additiv in den Ausgleichbereich 160 erfolgt. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass die Menge an Additiv innerhalb des Ausgleichbereichs 160 vernachlässigbar klein sein wird.
Vorzugsweise ist der Kraftstoffzulauf 142 an der stromabwärtigen Seite des Ausgleichbereichs 160 mit diesem fluidmäßig derart verbunden, dass eine Sperrfunktion durch die Schwerkraft aufgrund der Dichteunterschiede der Medien erfolgen kann. Wenn beispielsweise das Additiv höhere Dichte aufweist als der Kraftstoff, ist es bevorzugt, dass der Kraftstoffzulauf 142 an einem unteren Bereich des Ausgleichbereichs 160 angebracht ist, da sich das Additiv innerhalb des Ausgleichbereichs 160 im unteren Bereich ansammeln wird und der Kraftstoff aufgrund seiner niedrigeren Dichte im oberen Bereich. Folglich kann durch dieses geometrisches Merkmal gewährleistet werden, dass falls Additiv in den Ausgleichbereich 160 gelangt, diese in einem darauffolgen Arbeitstakt der Pumpenvorrichtung 110 aus dem Ausgleichbereich 160 gefördert wird. In ähnlicher Weise können die fluidmäßigen Anbindungen des Additivzulaufs 152 am Mischungspunkt 130 und des Kraftstoffzulaufs 142 am Mischungspunkt 130 erfolgen.
Außerdem ist es möglich, im Kraftstoffzulauf 142 ein Rück schlagventil und/oder im Additivzulauf 152 ein Rückschlagventil anzuordnen .
Die Vorrichtung 100 weist außerdem ein Auslassventil 170, beispielsweise ein Rückschlagventil, auf, durch das der
Kraftstoff und/oder das Additiv bei einer Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt vom Pumpenkolben 114 aus dem Druckbereich 112 verdrängt wird. Der oder das den Druckbereich 112 durch das Auslassventil 170 verlassende Kraftstoff und/oder Additiv gelangt dann, wie bereits erwähnt, in den Hochdruckspeicher 180, der das Gemisch aus Kraftstoff und Additiv zur Verbrennung in den Brennkammern der Brennkraftmaschine mit einem vorbestimmten Mischungsver hältnis und unter Hochdruck vorhält. Der Hochdruck liegt dabei in einem Bereich zwischen ungefähr 20 bar und 600 bar.
In der Fig. 1 ist das Einlassventil 120 als steuerbares pro portionales oder digitales 2/2-Wegeventil gezeigt, das mittels einer Steuereinheit (in den Zeichnungen nicht explizit dar gestellt) geöffnet und geschlossen werden kann.
Wie in der Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet umfasst die Pumpenvorrichtung 110 ein Pumpengehäuse 111, in dem der
Druckbereich 112, der Pumpenkolben 114, das Einlassventil 120, der Mischungspunkt 130, der Kraftstoffzulauf 142, der Addi tivzulauf 152, der Ausgleichbereich 160 und das Auslassventil 170 jeweils zumindest teilweise integriert sind. Das Pumpengehäuse 111 weist somit eine kompakte Struktur auf und vereint mehrere Bauelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in sich.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fig. 1, wobei die Vorrichtung 100 der Fig. 2 zusätzliche ein Additivventil 154 in der Form eines steuerbaren proportionalen oder digitalen 2/2-Wegeventils aufweist, das im Additivzulauf 152 vorgesehen ist. Das Additivventil 154, das alternativ ein Rückschlagventil sein kann, ist in der Fig. 2 als außerhalb des Pumpengehäuses 111 angeordnet gezeigt. Es ist jedoch alternativ möglich, auch das Additivventil 154 zumindest teilweise im Pumpengehäuse 111 zu integrieren, was die Kom paktheit des Pumpengehäuses 111 weitere erhöhen kann. Mittels des Additivventils 152 kann die Dosierung des Additivs während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt mittels Ansteuerns des Additivventils 154 wie gewünscht gesteuert werden. Die Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung der er findungsgemäßen Vorrichtung 100 und unterscheidet sich von der in der Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 100 darin, zusätzlich noch ein Kraftstoffventil 144 im Kraftstoff zulauf 142 vorgesehen ist, welches stromaufwärts des Einlassventils 120 und strom aufwärts des Mischungspunkts 130 und stromaufwärts des Aus gleichbereichs 160 angeordnet ist. Alternativ kann das
Kraftstoffventil 144 stromabwärts des Ausgleichbereichs 160 und stromaufwärts des Mischungspunkts 130 angeordnet sein. Das Kraftstoffventil 144, das beispielsweise ein steuerbares proportionales oder digitales 2/2-Wegeventil sein kann, ist dazu ausgebildet, die Zufuhr des Kraftstoffs zum Einlassventil 120 zu steuern. Somit kann es bei der Ausgestaltung der Fig. 3 möglich sein, dass bei einer Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt nur Additiv angesaugt wird, da der Zulauf von Kraftstoff mittels des Kraftstoffventils 144 gesperrt werden kann. Alternativ kann das Kraftstoffventil 144 als Rückschlagventil ausgebildet sein.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 der Fig. 1 erläutert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine in der Fig. 1 nicht explizit dargestellte Steuereinheit dazu ausgebildet sein kann, das Einlassventil 120 derart zu steuern, dass die erfin dungsgemäßen Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Der sich zunächst im ersten Totpunkt befindende Hubkolben 114 beginnt damit, sich bei zum zweiten Totpunkt zu bewegen, wobei während dieser Hubbewegung vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt für eine vorbestimmte Zeitspanne das Einlassventil 120 geöffnet wird. Bei geöffnetem Einlassventil 120 wird somit durch die Unterdruckerzeugung im Druckbereich aus dem Kraftstoff zulauf 142 Kraftstoff und aus dem Additivzulauf 152 Additiv über das Einlassventil 120 in den Druckbereich 112 angesaugt. Das Additiv mischt sich dabei mit dem Kraftstoff bereits zumindest teilweise am Mischungspunkt 130, wobei eine weitere Vermischung innerhalb des Druckbereichs 112 stattfinden kann.
Nachdem der Pumpenkolben 114 den zweiten Totpunkt erreicht hat, bewegt er sich wieder in Richtung des ersten Totpunkts, wobei während dieser Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt das Einlassventil 120 geschlossen ist. Alternativ kann es bevorzugt sein, das Einlassventil 120 während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt noch für eine vorbestimmte
Zeitspanne geöffnet zu lassen, so dass eine gewisse Menge des Gemischs aus Kraftstoff und Additiv wieder durch das Ein lassventil 120 zurück in den Kraftstoffzulauf 142, insbesondere in den Ausgleichbereich 160, verdrängt wird.
Sobald während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt das Einlassventil 120 geschlossen wird, wird das Gemisch aus Kraftstoff und Additiv durch das Auslassventil 170 in den Hochdruckspeicher 180 verdrängt, wo es für eine anschließende Verbrennung innerhalb den Brennräumen der Brennkraftmaschine verbrannt werden kann.
Durch Steuerung der Öffnungszeit des Einlassventils 120 kann die Menge an in den Druckbereich 112 angesaugtem Gemisch aus Kraftstoff und Additiv wie gewünscht eingestellt werden. Zur eigentlichen Dosierung des Additivs über mehrere Kolbenhübe hinweg gemittelt ist es in dieser Ausgestaltung vorteilhaft, ein Steuerungselement innerhalb des Additivkreislaufs 150 vorzu schalten, beispielsweise das Additivventil 154 der Fig. 2, eine Drossel oder jedes weitere dem Fachmanne bekannte Steue rungselement . Durch das Vorsehen des Additivventils 154 und/oder des
Kraftstoffventils 144 gemäß der Vorrichtungen 100 der Fig. 2 und/oder 3 kann außerdem das Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Additiv eingestellt werden. Insbesondere kann hierzu die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, das Ad ditivventil 154 und/oder das Kraftstoffventil 144 derart an zusteuern, dass während den Hubbewegungen des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt ein Gemisch aus Kraftstoff und Additiv mit gewünschtem Mischungsverhältnis in den Druckbereich 112 angesaugt wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 werden im Folgenden weitere erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 der Fig. 3 erläutert, wobei ebenso die Vor richtung 100 der Fig. 2 in diesen Weisen gesteuert werden kann. An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine in den Fig. 2 und 3 nicht explizit dargestellte Steuereinheit dazu ausgebildet ist, das Einlassventil 120, das Kraftstoffventil 144 und das Additiv ventil 154 derart zu steuern, dass die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchgeführt werden.
In den Fig. 4 und 5 wird ein Hubzyklus des Pumpenkolbens 114 durch eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt und durch eine anschließende Hubbewegung vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt definiert.
Das Ansteuern der mehreren Ventile und Vorrichtungen kann, wie bereits erwähnt, durch eine Steuervorrichtung (in den Zeich nungen nicht explizit dargestellt) erfolgen, die beispielsweise über elektronische Speicher und elektronische Recheneinheiten verfügt. Die Steuervorrichtung kann insbesondere mit einer Hauptsteuereinrichtung der Brennkraftmaschine in Verbindung stehen und mit dieser kommunizieren oder in diese integriert sein. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet, das Ein- lassventil 120, das Kraftstoffventil 144 und das Additivventil 154 derart zu steuern, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Die Fig. 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf mehrerer Hubbewegungen des Pumpenkolbens 114 der Vorrichtung 100 der Fig. 3 zwischen dem ersten Totpunkt (1. TP) und dem zweiten Totpunkts (2. TP) . Das unter Verweis auf die Fig. 4 erläuterte erfindungsgemäße Verfahren kann, wie bereits erwähnt, auch mit der Vorrichtung 100 der Fig. 2 durchgeführt werden.
Das Verfahren der Fig. 4 beginnt zum Zeitpunkt to damit, dass sich der Pumpenkolben 114 am ersten Totpunkt l.TP befindet und damit startet, sich in Richtung des zweiten Totpunkts zu bewegen. Zum Zeitpunkt to sind das Einlassventil 120, das Kraftstoffventil 144 und das Additivventil 154 geschlossen.
Während dieser Hubbewegung werden das Einlassventil 120 und das Additivventil 154 zum Zeitpunkt to derart gesteuert, dass diese sich öffnen und durch die Volumenvergrößerung während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt eine vorbestimmte Menge an Additiv, die über die Ansteuerzeiten der beiden Ventile 120, 154 und des Hubs des Pumpenkolbens gesteuert werden kann, aus dem Additivkreislauf 150 durch das Additivventil 154 und das Einlassventil 120 in den Druckbereich 112 angesaugt wird. An dieser Stelle sei fest gehalten, dass die aus dem Ausgleichbereich 160 angesaugt Menge des sich aus einem vorherigen Hubzyklus im Ausgleichbereich befindlichen Gemisch aus Kraftstoff und Additiv vernachlässigbar klein ist.
Bei einem anschließenden Verfahrensschritt wird zum Zeitpunkt ti das Additivventil 154 derart gesteuert, dass es sich schließt, wobei das Einlassventil 120 geöffnet bleibt. Die in der Fig. 4 schrägschraffierte Fläche deutet an, dass während der Zeitspanne zwischen to und ti die vorbestimmte Menge an Additiv durch das Additivventil 154 und das Einlassventil 120 in den Druckbereich 112 angesaugt wurde.
In einem anschließenden Verfahrensschritt wird zum Zeitpunkt t2, der vorzugsweise kurz auf den (oder gleich dem) Zeitpunkt ti folgt (bzw. ist) , das Kraftstoffventil 144 derart gesteuert, dass es sich öffnet, und das Additivventil 154 derart gesteuert, dass es sich schließt. Somit kann während der weiteren Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff aus dem KraftstoffSystem 140 durch das Kraftstoffventil 144 und das Einlassventil 120 in den Druckbereich 112 angesaugt werden. Der in den Druckbereich 112 angesaugte Kraftstoff kann sich dann innerhalb des Druckbereichs 112 mit dem bereits zuvor in den Druckbereich 112 angesaugten Additiv vermischen. Dabei können die durch das Einlassventil 120 erzeugten hohen Einströmungsgeschwindigkeiten des Kraftstoffs bzw. des Additivs für eine gute Vermischung des Kraftstoffs mit dem Additiv genutzt werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die sich im Additivzulauf 152 zwischen dem Additivventil 154 und dem Einlassventil 120 verbleibende Menge an Additiv des vor hergehenden Ansaugens von Additiv vernachlässigbar klein ist.
Zum Zeitpunkt t3 wird das Einlassventil 120 derart gesteuert, dass es sich schließt, wobei auch gleichzeitig das Kraft stoffventil 144 geschlossen werden kann. Der Zeitpunkt t3 beschreibt vorzugsweise denjenigen Zeitpunkt, an dem sich der Pumpenkolben 114 am zweiten Totpunkt befindet. Alternativ kann sich der Zeitpunkt t3 auch zeitlich nach demjenigen Zeitpunkt befinden, an dem sich der Pumpenkolben 114 am zweiten Totpunkt befindet. Die in der Fig. 4 karierte Fläche deutet an, dass während der Zeitspanne zwischen t2 und t3 die vorbestimmte Menge an Kraftstoff durch das Einlassventil 120 in den Druckbereich 112 angesaugt wurde.
Bei der darauffolgenden Hubbewegung vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt wird dann das sich im Druckbereich 112 vermischte Gemisch aus Kraftstoff und Additiv zumindest teilweise weiter vermischt, zumindest teilweise verdichtet und vom Pumpenkolben 114 aus dem Druckbereich 112 durch das Auslassventil 170 in den Hochdruckspeicher 180 verdrängt.
Zum Zeitpunkt t4, der einen neuen Zeitpunkt to darstellen kann, erreicht der Pumpenkolben 114 wieder den ersten Totpunkt und das soeben beschriebene Verfahren kann wiederholt werden. Da während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt sowohl das Einlassventil 120 im Wesentlichen geschlossen ist, ist die Fläche während den Zeitpunkten t3 und t4 weder schraffiert noch kariert, da hier kein Fluid in den Druckbereich 112 angesaugt wird.
Wie bereits oben erwähnt, kann es vorteilhaft sein, dass das Einlassventil 120 zum Zeitpunkt t3 noch nicht geschlossen ist. Folglich wird der Pumpenkolben 114 einen bestimmten Anteil des Kraftstoff-Additiv-Gemischs nicht nur durch das Auslassventil 170, sondern auch wieder in umgekehrter Strömungsrichtung durch das Einlassventil 120 in den Ausgleichbereich 160 verdrängen. Jedoch ist es bevorzugt, dass die Menge an in den Ausgleichbereich 160 verdrängten Kraftstoff-Additiv-Gemisch relativ zu der Menge an in den Hochdruckspeicher 180 verdrängten Kraft
stoff-Additiv-Gemisch klein ist. Zudem ist das Mischungsver hältnis von Kraftstoff zu Additiv derart, dass deutlich mehr Kraftstoff als Additiv im Kraftstoff-Additiv-Gemisch vorhanden ist . Die Zeitspannen zwischen to und ti und zwischen t2 und t3 können zum Einstellen des Mischungsverhältnisses von Kraftstoff und Additiv innerhalb des Druckbereichs 112 wie gewünscht einge stellt werden. Insbesondere erfolgt die Einstellung dieser Zeiträume und somit die Einstellung des vorbestimmten Mi schungsverhältnisses in Abhängigkeit des aktuellen Betriebs zustands der Brennkraftmaschine. Das heißt, dass zu jedem Zeitpunkt der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst und dynamisch das Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Additiv für den erfassten Betriebszustand der Brennkraftmaschine einge stellt werden kann. Weiter ist anzumerken, dass die oben be schriebenen Verfahrensschritte nicht identisch zu den An steuerschritten der Ventile laufen müssen. Es ist anzumerken das für eine optimierte Funktion des Verfahrens Verzugszeiten und Überlagerungen der Ventile zu berücksichtigen sind. Unter Umständen ist sogar zur Sicherstellung der Funktion eines Ventils ein anderes Ventil anzusteuern.
Bei den Hubzyklen der Fig. 4 saugt der Pumpenkolben 112 somit während jedem Hubzyklus sowohl Kraftstoff als auch Additiv an, wobei sich der Kraftstoff mit dem Additiv im Druckbereich 112 zumindest teilweise vermischt und als Kraft
stoff-Additiv-Gemisch in den Hochdruckspeicher 180 gefördert wird .
Ferner ist anzumerken, dass sich das Additiv mit dem am Mi schungspunkt 130 vorhandenen restlichen Kraftstoff vermischen kann. Jedoch ist, wie bereits oben erwähnt, die Menge an diesem Restkraftstoff vernachlässigbar klein. Ferner wird dem Fachmann bewusst sein, dass die Menge an restlichem Additiv bzw.
restlichem Kraftstoff während des Ansaugens von Kraftstoff bzw. Additiv jeweils relativ klein sind im Verhältnis zum angesaugten Kraftstoff bzw. Additiv. Nichtsdestotrotz kann es erfin dungsgemäß sein, noch vor dem Starten des Ansaugens von Kraftstoff, das zwischen Zeitpunkten t2 und t3 erfolgt, zunächst das Additiv aus dem Bereich zwischen dem Additivventil 154 und dem Einlassventil 120 durch Ansaugen mit Kraftstoff auszubringen und dem Druckbereich 112 zuzuführen. Dies kann beispielsweise während der Zeitspanne zwischen ti und t2 erfolgen. Folglich kann gewährleistet werden, dass während der Zeitspanne zwischen t2 und t3 tatsächlich nur Kraftstoff gefördert wird.
Die Fig. 5 zeigt einen weiteren zeitlichen Verlauf mehrerer Hubbewegungen des Pumpenkolbens 114 zwischen dem ersten Totpunkt (1. TP) und dem zweiten Totpunkts (2. TP). Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 ein alternatives Verfahren zum Be treiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 der Fig. 3 be schrieben .
Insbesondere startet das Verfahren der Fig. 5 damit, dass sich der Pumpenkolben 114 zum Zeitpunkt to im ersten Totpunkt be findet, bei dem der Druckbereich 112 sein minimales Volumen aufweist. Zum Zeitpunkt to sind sämtliche Ventile 120, 144, 154 geschlossen .
Daraufhin führt der Pumpenkolben 114 eine Hubbewegung vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt aus, der zum Zeitpunkt ti erreicht wird. Zum Zeitpunkt to werden das Einlassventil 120 und das Additivventil 154 derart gesteuert, dass diese sich öffnen. Beide Ventile 120, 154 verbleiben während der Zeitspanne zwischen to und ti geöffnet und werden erst zum Zeitpunkt ti derart gesteuert, dass diese sich wieder schließen. Während der Zeitspanne zwischen to und ti bleibt das Kraftstoffventil 144 geschlossen. Somit wird während dieser Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 lediglich Additiv in den Druckraumbereich 112 angesaugt.
Anschließend wird während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt das in den Druckbereich 112 angesaugte Additiv zumindest teilweise verdichtet und aus dem Druckbereich 112 durch das Auslassventil 170 in den Hoch druckbereich 180 verdrängt. Dies geschieht in einer Zeitspanne zwischen ti und t2, wobei sich der Pumpenkolben 114 zum Zeitpunkt t2 wieder am ersten Totpunkt befindet. Zwischen den Zeitpunkten to und t2 wird also lediglich Additiv gefördert.
Am Zeitpunkt t2 wird das Einlassventil 120 und das Kraft stoffventil 144 derart gesteuert, dass diese sich öffnen. Das Additivventil 154 verbleibt geschlossen. Bei der darauffolgenden Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt, der zu einem dritten Zeitpunkt t3 erreicht wird, wird somit lediglich Kraftstoff in den Druckbereich 112 angesaugt.
Anschließend wird während der Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt der in den Druckbereich 112 angesaugte Kraftstoff zumindest teilweise verdichtet und aus dem Druckbereich 112 durch das Auslassventil 170 in den
Hochdruckbereich 180 verdrängt. Dies geschieht in einer
Zeitspanne zwischen t3 und t4, wobei sich der Pumpenkolben 114 zum Zeitpunkt t4 wieder am ersten Totpunkt befindet. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 wird also lediglich Kraftstoff gefördert. Im Hochdruckspeicher 180 kann sich dann der Kraftstoff mit dem Additiv vermischen.
In dem Beispiel der Fig. 5 wird bei den beiden darauffolgen Hubzyklen wieder nur Kraftstoff angesaugt und in den Hoch druckspeicher 180 gefördert. Erst wieder während des vierten Hubzyklus nach dem ersten Hubzyklus, während dem nur Additiv gefördert wurde, wird wieder nur Additiv gefördert.
Gemäß der Fig. 5 ist es vorteilhaft, dass deutlich mehr
Kraftstoff-Hubzyklen vorliegen als Additiv-Hubzyklen. Die Einstellung des Mischungsverhältnisses von Kraftstoff und Additiv innerhalb des Hochdruckspeichers 180 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Anzahl an Additiv-Hubzyklen verändert wird. Dabei können beispielsweise die Additiv-Hubzyklen in periodischen Abständen, z. B. jeder vierte, fünfte oder sechste Hubzyklus, vorgesehen werden. Alternativ sind die periodischen Abstände dynamisch veränderbar.
Es ist außerdem möglich, dass nicht während einer vollständigen Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt Kraftstoff oder Additiv angesaugt wird. Vielmehr ist es bevorzugt, dass nur zeitweise während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens 114 vom ersten Totpunkt zum zweiten Totpunkt Kraftstoff und/oder Additiv angesaugt wird (siehe beispielsweise die schrägschraffierte Flächen der Fig. 5) .
An dieser Stelle sei ferner angemerkt, dass während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zwischen den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Steuerungsstrategien gewechselt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (100) zum Fördern von Kraftstoff und/oder einem Additiv, wie beispielsweise Wasser oder eine wässrige Harnstofflösung, für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Pumpenvorrichtung (110), in der ein
Druckbereich (112) angeordnet ist und die einen sich zumindest teilweise im Druckbereich (112) linear beweglichen Pumpenkolben (114) aufweist, der dazu ausgebildet ist, sich zwischen einem ersten Totpunkt (1. TP), bei dem ein Volumen des Druckbereichs (112) minimiert ist, und einem zweiten Totpunkt (2. TP), bei dem ein Volumen des Druckbereichs (112) maximiert ist, hin und her zu bewegen,
ein Einlassventil (120), über das Kraftstoff und/oder Additiv in den Druckbereich (112) ansaugbar ist,
einen Kraftstoffzulauf (142), der mit dem Einlassventil (120) fluidmäßig verbunden ist, und
einen Additivzulauf (152), der mit dem Kraft stoffzulauf (142) fluidmäßig verbunden ist,
wobei der Pumpenkolben (114) dazu ausgebildet ist, bei einer Hubbewegung vom ersten Totpunkt (1. TP) zum zweiten Totpunkt (2. TP) eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff und/oder eine vorbestimmte Menge an Additiv über das Einlassventil (120) in den Druckbereich (112) anzusaugen.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, ferner mit: einem Pumpengehäuse (111), in dem der Druck bereich (112) und der Pumpenkolben (114) zumindest teilweise angeordnet sind,
wobei das Einlassventil (120) und/oder der Kraft- stoffzulauf (142) und/oder der Additivzulauf (152) zumindest teilweise im Pumpengehäuse (111) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit:
einem im Pumpengehäuse (111) stromaufwärts des Einlassventils (120) angeordneten Ausgleichbereich (160), der dazu ausgebildet ist, den und/oder das während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt (2. TP) zum ersten Totpunkt (1. TP) vom Pumpenkolben (114) durch das Einlassventil (120) verdrängten Kraftstoff und/oder Additiv aufzunehmen und zu speichern .
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Additivzulauf (152) mit dem Kraftstoffzulauf (142) an einem Mischungspunkt (130) stromabwärts des Ausgleichbereichs (160) und stromaufwärts des Einlassventils (120) fluidmäßig verbunden ist .
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Additivzulauf (152) mit dem Kraftstoff zulauf (142) an einem Mischungspunkt (130) fluidmäßig verbunden ist, die sich in der unmittelbaren Nähe der fluidmäßigen Verbindung des Kraftstoffzulaufs (142) mit dem Einlassventil (120) befindet.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
einem im Additivzulauf (152) angeordneten Ad ditivventil (154) , das dazu ausgebildet ist, die Menge an Additiv zu steuern, welches dem Kraftstoffzulauf (142) zugeführt wird.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
einem Auslassventil (170), durch das der
Kraftstoff und/oder das Additiv bei einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt (2. TP) zum ersten Totpunkt (1. TP) vom Pumpenkolben (114) aus dem Druckbereich (112) verdrängt werden.
8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei das Auslassventil ein Rückschlagventil (170) ist.
9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 und 8, ferner mit:
einem stromabwärts des Auslassventils (170) angeordneten Hochdruckspeicher (180), der dazu ausgebildet ist, den und/oder das während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens vom zweiten Totpunkt (2. TP) zum ersten Totpunkt (1. TP) vom Pumpenkolben (114) durch das Auslassventil (170) verdrängten Kraftstoff und/oder Additiv aufzunehmen und unter Hochdruck zu speichern .
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
einem im Kraftstoffzulauf (142) angeordneten Kraftstoffventil (144), das dazu ausgebildet ist, die Menge an dem Einlassventil (120) zugeführten Kraftstoff zu steuern, wobei das Kraftstoffventil (144) stromaufwärts der fluidmäßigen Verbindung zwischen dem Kraftstoffzulauf (142) und dem Addi tivzulauf (152) angeordnet ist.
11. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
einer Steuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Einlassventil (120) derart zu steuern, dass während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens (114) vom ersten Totpunkt (1. TP) zum zweiten Totpunkt (2. TP) sowohl Kraftstoff als auch Additiv in den Druckbereich (112) angesaugt wird.
12. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:
einer Steuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Einlassventil (120) derart zu steuern, dass während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens (114) vom ersten Totpunkt (1. TP) zum zweiten Totpunkt (2. TP) entweder Kraftstoff oder Additiv in den Druckbereich (112) angesaugt.
13. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren aufweist :
Ansaugen von Kraftstoff und/oder Additiv durch das Einlassventil (120) in den Druckbereich (112) der Pum penvorrichtung (110) während einer Hubbewegung des Pumpenkolbens (114 ) vom ersten Totpunkt (1. TP) zum zweiten Totpunkt (2. TP), und
Verdrängen des Kraftstoffs und/oder Additivs aus dem Druckbereich (112) während einer Hubbewegung des Pumpen kolbens (114) vom zweiten Totpunkt (2. TP) zum ersten Totpunkt (1. TP) .
14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit:
Mischen einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff mit einer vorbestimmten Menge an Additiv an einem Mischungspunkt (130) stromaufwärts des Einlassventils (120), so dass während des Schritts des Ansaugens bereits ein Gemisch aus Kraftstoff und Additiv in den Druckbereich (112) durch das Einlassventil (120) angesaugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei über eine vorbestimmte Anzahl an Hubbewegungen des Pumpenkolbens (114) vom ersten Totpunkt (1. TP) zum zweiten Totpunkt (2. TP) die Menge an in den Druckbereich (112) an- gesaugten Kraftstoff größer ist als die Menge an in den Druckbereich (112) angesaugten Additiven.
PCT/EP2019/053119 2018-02-26 2019-02-08 Vorrichtung und verfahren zum fördern von kraftstoff und additiv Ceased WO2019162107A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018202825.7A DE102018202825B3 (de) 2018-02-26 2018-02-26 Vorrichtung und Verfahren zum Fördern von Kraftstoff und Additiv
DE102018202825.7 2018-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019162107A1 true WO2019162107A1 (de) 2019-08-29

Family

ID=65409071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/053119 Ceased WO2019162107A1 (de) 2018-02-26 2019-02-08 Vorrichtung und verfahren zum fördern von kraftstoff und additiv

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018202825B3 (de)
WO (1) WO2019162107A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019124341B4 (de) * 2019-09-11 2022-12-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftstoffleistenbaugruppe

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005014994A1 (de) * 2003-08-04 2005-02-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur zuführung eines kraftstoffadditivs
EP2208879A1 (de) * 2009-01-16 2010-07-21 Voith Patent GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Dieselmotors mit einem Mischkraftstoff
DE102012206984A1 (de) 2012-04-26 2013-10-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochdruckeinspritzleiste für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
DE102013206102A1 (de) 2013-04-08 2014-10-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System und Verfahren zur Wassereinspritzung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102015214050A1 (de) 2015-07-24 2017-01-26 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Kraftstoff und Wasser

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3310049A1 (de) 1983-03-19 1984-09-20 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur einspritzung einer aus mindestens zwei komponenten bestehenden kraftstoffmischung
DE3523687C1 (de) 1985-07-03 1986-07-03 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Verfahren zur Erzeugung einer Dieselkraftstoff-Wasser-Emulsion fuer einen Dieselmotor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005014994A1 (de) * 2003-08-04 2005-02-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zur zuführung eines kraftstoffadditivs
EP2208879A1 (de) * 2009-01-16 2010-07-21 Voith Patent GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Dieselmotors mit einem Mischkraftstoff
DE102012206984A1 (de) 2012-04-26 2013-10-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochdruckeinspritzleiste für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
DE102013206102A1 (de) 2013-04-08 2014-10-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System und Verfahren zur Wassereinspritzung für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102015214050A1 (de) 2015-07-24 2017-01-26 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Kraftstoff und Wasser

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018202825B3 (de) 2019-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1476654B1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine
DE112008002451B4 (de) System und Methode zum Dosieren von Treibstoff in einem Hochdruck-Pumpensystem
EP2657502B1 (de) Hochdruckeinspritzleiste für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine
DE19801355B4 (de) Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen
WO2016075041A2 (de) Niederdruckregelsystem einer kraftstofffördereinrichtung eines kraftstoffeinspritzsystems sowie ein absteuerventil dazu
EP1141539B1 (de) Kolbenpumpe zur kraftstoffhochdruckerzeugung
EP1357283B1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102011076670A1 (de) Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftstoff
DE102012012480A1 (de) Fluideinspritzventil mit Einspritzverlaufsformung am Einspritzende
EP1530681B2 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine
DE102015213322A1 (de) Kraftstoffeinspritzsystem
DE102018202825B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Fördern von Kraftstoff und Additiv
DE10220281A1 (de) Kraftstoffpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
DE102010003517A1 (de) Kraftstofffördereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine
DE4425339C2 (de) Einspritzsystem
WO2012089371A1 (de) Einspritzpumpe für ein kraftstoffeinspritzsystem
EP1361359B1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102014220932B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine
EP2787213B1 (de) Kraftstoff-Pumpeneinheit
DE102012210631A1 (de) Dosiersystem zur Eindüsung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine
DE19900562C2 (de) Common-Rail-System
DE102007004605B4 (de) Hochdruckpumpe und Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe
DE102016213035A1 (de) Kraftstofffördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine
DE102018202824A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Fördern von Kraftstoff und Additiv
DE102013224414A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Fluidfördersystems

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19704776

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19704776

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1