Titel

Brennstoffverteiler für Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverteiler, insbesondere eine Brennstoffverteilerleiste für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.

Aus der DE 10 2014 205 179 A1 ist eine Kraftstoffverteilerleiste für eine

Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Kraftstoffverteilerleiste weist ein längliches Gehäuse mit einem Hohlraum, einen Kraftstoffzufluss in den Hohlraum und zumindest zwei Kraftstoffabflüsse aus dem Hohlraum heraus für jeweils einen Kraftstoffinjektor auf. Dabei ist in dem Hohlraum ein Körper angeordnet, der eine Nut, welche die zwei Kraftstoffabflüsse miteinander verbindet, und im Bereich des Kraftstoffzuflusses eine radial um den Körper umlaufende Nut aufweist. Der Körper mit den zwei Nuten dient als Einsatz, mit der ein direkter Zufluss des Kraftstoffs von einer Pumpe zu den Injektoren gewährleistet ist, wobei dieser Körper ein inneres Volumen besitzen kann, das zur Dämpfung dient, sich aber nicht im direkten Kraftstofffluss befindet.

Die aus der DE 10 2014 205 179 A1 bekannte Kraftstoffverteilerleiste hat den Nachteil, dass der Einleger aufwendig herzustellen ist, da er als dickwandiges Rohr mit Nuten ausgeführt ist. Ferner ist die bekannte Kraftstoffverteilerleiste auf eine radiale Zufuhr des Kraftstoffs eingeschränkt, so dass sich ein begrenzter Anwendungsbereich ergibt.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind.

Insbesondere kann eine kostengünstig und/oder einfach herzustellende Möglichkeit realisiert werden, um eine verbesserte Einspritzung in Kombination mit einem guten Dämpfungsverhalten zu realisieren.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffverteilers möglich.

Der vorgeschlagene Brennstoffverteiler eignet sich besonders für die Einspritzung eines Gemisches, wobei die Gemischzusammensetzung im Betrieb variieren soll. Insbesondere kann eine direkte Wassereinspritzung realisiert werden, bei der Wasser in einer Emulsion mit zumindest einem Brennstoff, insbesondere Benzin, in Brennräume einer

Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Hierbei kann das Wasser vor oder in einer

Hochdruckpumpe dem Brennstoff zugeführt und zusammen mit diesem über den

Brennstoffverteiler zu Hochdruckeinspritzventilen gefördert werden.

Die Zusammensetzung des Gemisches, insbesondere der Emulsion, kann hierbei im Betrieb variieren. Beispielsweise kann die Zusetzung von Wasser nur in einem bestimmten Kennfeldbereich erforderlich bzw. gewünscht sein. Beispielsweise kann Wasser beziehungsweise ein größerer Wasseranteil bei hoher Drehzahl und/oder hoher Last gewünscht sein. Wenn dieser Kennfeldbereich verlassen wird, beispielsweise bei einer Schubabschaltung, dann ist es vorteilhaft, wenn der eingespritzte Wasseranteil schnell reduziert werden kann und insbesondere wieder schnell gegen Null geht. Hierfür ist eine kurze Verzugszeit zwischen der Zugabe des Wassers vor oder in der Hochdruckpumpe und dessen Einspritzung über die Hochdruckeinspritzventile erforderlich. Das Volumen des Brennstoffverteilers wirkt sich prinzipiell erhöhend auf diese Verzugszeit aus. Durch die Unterteilung des Innenraums des Grundkörpers in einen Zuflussbereich und einen

Dämpfungsbereich wird allerdings eine Verkürzung der Verzugszeit bei weiter bestehender Dämpfung, insbesondere Dämpfung von Druckpulsationen, ermöglicht. Durch den

Einlegekörper kann das Hydraulikvolumen zwischen dem Hochdruckeingang und den zwei oder mehr Hochdruckausgängen klein gehalten werden, aber ein größeres hydraulisches Dämpfungsvolumen realisiert werden.

Der Einlegekörper ist in vorteilhafter Weise als dünnwandiger Einlegekörper ausgebildet, so dass sich geringe Herstellungskosten ergeben. Hierbei ist auch eine einfache und kostengünstige Anpassung eines gegebenen Hochdruck-Hydrauliksystems in Bezug auf eine Realisierung einer direkten Wassereinspritzung möglich. Hierbei kann ferner eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen, insbesondere einen Anschluss der Hochdruckleitung in radialer oder axialer Weise, erfolgen, wenn der Grundkörper als rohrförmiger Grundkörper ausgebildet ist. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 kann in vorteilhafter Weise eine Unterteilung des Innenraums erfolgen. Hierbei kann außerhalb des Zuflussbereichs eine Anbindung an den Dämpfungsbereich erfolgen. Zusätzlich oder alternativ ist es bei einer Weiterbildung nach Anspruch 3 möglich, dass geeignete Durchgangsöffnungen an dem Einlegekörper vorgesehen sind, um den Zuflussbereich zumindest lokal an den Dämpfungsbereich anzubinden. Je nach Anwendungsfall kann hierdurch ein Dämpfungsverhalten,

insbesondere in Bezug auf Druckpulsationen, verbessert werden. Speziell bei einer Ausgestaltung des Grundkörpers als rohrförmiger Grundkörper können dadurch beim Schalten eines Brennstoffeinspritzventils, dessen Hochdruckausgang nahe an dem

Hochdruckeingang liegt, entstehende Druckpulsationen gegebenenfalls wirkungsvoll bedämpft werden. Entsprechende Vorteile ergeben sich bei einer Weiterbildung nach Anspruch 4.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 hat den Vorteil, dass eine kostengünstige und zuverlässige Befestigung des Einlegekörpers im Grundkörper ermöglicht ist. Zusätzlich oder alternativ hat die Weiterbildung nach Anspruch 6 den Vorteil, dass eine zusätzliche

Sicherung gegen ein Verschiebung, insbesondere Verdrehen, des Einlegekörpers im Betrieb realisiert ist.

Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 7 kann gegebenenfalls eine ausreichende Trennung zwischen dem Zuflussbereich und dem Dämpfungsbereich bereits durch eine geometrische Ausgestaltung des Einlegekörpers erzielt werden. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 hat hierbei den Vorteil, dass ein kleines Volumen des Zuflussbereichs realisiert werden kann. Ferner können störende Einflüsse durch den Einlagekörper auf beispielsweise das

Strömungsverhalten im Zuflussbereich minimiert werden.

Vorteilhafte Möglichkeiten, um einen axialen oder radialen Hochdruckanschluss an dem Grundkörper zu realisieren, sind in den Ansprüchen 9 und 10 angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende

Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Brennstoffverteiler in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Einlegekörper für den in Fig. 1 gezeigten Brennstoffverteiler in einer schematischen, räumlichen Darstellung;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie durch den in Fig. 1 gezeigten Brennstoffverteiler entsprechend einer möglichen Ausgestaltung;

Fig. 4 eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung des in Fig. 1 mit IV

bezeichneten Ausschnitts des Brennstoffverteilers und

Fig. 5 den in Fig. 3 dargestellten Schnitt durch einen Brennstoffverteiler entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 mit einem Brennstoffverteiler 2 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffeinspritzanlage 1 eine Brennstoff pumpe 3 und eine als Vorpumpe 4 ausgebildete Zumesseinheit 4 auf. Ferner ist eine Hochdruckpumpe 5 vorgesehen. Die Brennstoffpumpe 3 fördert flüssigen Brennstoff aus einem Tank 6 zu der Hochdruckpumpe 5. Die Zumesseinheit 4 dient zum zeitweisen Zumessen von Wasser aus einem Vorratsbehälter 7 in den geförderten Brennstoff. Die Zumessung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel vor der Hochdruckpumpe 5. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Zumessung auch an der Hochdruckpumpe 5 erfolgen. In einem zwischen dem Brennstoffverteiler 2 und der Hochdruckpumpe 4 vorgesehenen Leitungsabschnitt 8 wird dann je nach Betriebszustand der flüssige Brennstoff oder ein Gemisch aus dem flüssigen Brennstoff und Wasser gefördert. Hierbei kann der Anteil an Wasser in dem Gemisch je nach Ausgestaltung fest vorgegeben sein oder auch zeitlich variieren.

Der Brennstoffverteiler 2 dient zum Speichern und Verteilen von Brennstoff auf

Brennstoffeinspritzventile 9, 10, 1 1 und verringert dadurch die Druckschwankungen bzw. Pulsationen. Der Brennstoffverteiler 2 kann auch zum Dämpfen von Druckpulsationen, die beim Schalten der Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 auftreten können, dienen. Der Brennstoffverteiler 2 ist so ausgestaltet, dass beispielsweise beim Ein- oder Ausschalten der Zumesseinheit 4 eine kurze Verzugszeit in Bezug auf der Zugabe des Wassers vor der Hochdruckpumpe 5 und der Einspritzung des Wassers über die Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 erreicht ist.

Fig. 2 zeigt einen Einlegekörper für den in Fig. 1 gezeigten Brennstoffverteiler 2 in einer schematischen, räumlichen Darstellung. Hierbei kann der Einlegekörper 15 auf einer zylindermantelförmigen Grundform 16 basieren, die durch unterbrochen dargestellte Linien veranschaulicht ist. Ausgehend von der zylindermantelförmigen Grundform 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine abgeflachte Seite 17 ausgestaltet, an der eine dünnwandige Trennwand 18 gebildet ist. Insbesondere kann die gesamte zylindermantelförmige

Grundform 16 dünnwandig vorgegeben sein. Die dünnwandige Trennwand 18 kann insbesondere quaderförmig ausgestaltet sein. Ferner weist der Einlegekörper 15 eine von der abgeflachten Seite 17 abgewandte Aussparung 19 auf, die die zylindermantelförmige Grundform 16 an der Aussparung 19 aufteilt. Hierbei verbleiben Außenseiten 20, 21 , die in diesem Ausführungsbeispiel nur für die dünnwandige Trennwand 18 miteinander verbunden sind. Die Außenseiten 20, 21 liegen hierbei geometrisch vorzugsweise in der

zylindermantelförmigen Grundform 16. Die Außenseiten 20, 21 sind vorzugsweise dünnwandig.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt entlang der mit III bezeichneten Schnittlinie durch den in Fig. 1 gezeigten Brennstoffverteiler 2 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung. Der Brennstoffverteiler 2 weist einen Grundkörper 22 auf, der in diesem

Ausführungsbeispiel als rohrförmiger Grundkörper 22 ausgestaltet ist. In dem Grundkörper 22 ist ein Innenraum 23 des Brennstoffverteilers 2 gebildet. Der Einlegekörper 15 ist im montierten Zustand in dem Innenraum 23 angeordnet. Hierbei sind die abgeflachte Seite 17 und die dünnwandige Trennwand 18 Hochdruckausgängen 24, 25, 26 für die

Brennstoffeinspritzventile 9 bis 11 zugewandt, von denen in der Fig. 3 der

Hochdruckausgang 24 dargestellt ist. An dem Hochdruckausgang 24 ist beispielsweise ein als Tasse 27 ausgebildeter Hochdruckanschluss 27 vorgesehen.

Der Einlegekörper 15 teilt den Innenraum 23 in einen Zuflussbereich 28 und einen

Dämpfungsbereich 29 auf. Hierbei sind der Zuflussbereich 28 und der Dämpfungsbereich 29 vorzugsweise lokal miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind an dem Einlegekörper 15 im Bereich der Hochdruckausgänge 24 bis 26 Durchgangsöffnungen 30 vorgesehen, an denen der Zuflussbereich 28 lokal an dem Dämpfungsbereich 29 angebunden ist, wobei in der Fig. 3 die Durchgangsöffnung 30 für den Hochdruckausgang 25 dargestellt ist. Somit trennt in diesem Ausführungsbeispiel die durch den Einlegekörper 15 gebildete Trennwand 18 in dem Zuflussbereich 28 in einem senkrecht zu einer Längsachse 31 des Grundkörpers 22 betrachteten Profil 32 den Zuflussbereich 28 von dem Dämpfungsbereich 29, wobei eine Anbindung über Durchgangsöffnungen 30 ermöglicht ist. Der Zuflussbereich

28 kann dadurch als emulsionsführender Bereich 28 dienen, wenn die Zumesseinheit 4 betätigt wird. Bei der Zumessung von Wasser in den zugeführten Brennstoff bleibt der Dämpfungsbereich 29 hierbei zumindest im Wesentlichen ein reiner Benzinbereich 29. Somit steht ein großes Volumen zur Druckdämpfung zur Verfügung. Da an dem

Einlegekörper 15 nur die Druckdifferenzen durch verbleibende Pulsationen angreifen, die deutlich geringer sind als typische Betriebsdrücke, ist eine dünnwandige Ausgestaltung des Einlegekörpers 15 möglich. Insbesondere kann der Einlegekörper 15 aus einem

dünnwandigen Blech ausgeformt werden.

Vorzugsweise ist der Einlegekörper 15 so ausgeformt, dass er eng und unter Spannung an einer Innenwand 35 des Grundkörpers 22 des Brennstoffverteilers 2 anliegt. Als zusätzliche Sicherung gegen ein Verdrehen des Einlegekörpers 15 im Betrieb können ein oder mehrere Verbindungen 36 vorgesehen sein, an denen der Einlegekörper 15 zumindest lokal mit der Innenwand 35 des Grundkörpers 22 verbunden ist. Solche Verbindungen 36 können durch Schweißpunkte 36 und/oder Schweißnähte 36 und/oder beispielsweise auch durch formschlüssige Verbindungen 36 realisiert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass kein Hochdruckausgang 24 bis 26 verschlossen oder unzulässig gedrosselt wird.

Die Durchgangsöffnungen 30 können beispielsweise durch Bohrungen, Ausstanzungen oder ähnliches realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ können bei einer abgewandelten Ausgestaltung aber auch axiale oder radiale Abstände zwischen dem Einlegekörper 15 und der Innenwand 35 des Grundkörpers 22 vorgesehen sein, um eine Anbindung des

Zuflussbereichs 28 an den Dämpfungsbereich 29 zu ermöglichen.

Eine vorteilhafte Trennung zwischen dem Zuflussbereich 28 und dem Dämpfungsbereich

29 kann auch erreicht werden, indem der Einlegekörper 15 so ausgeformt ist, dass er im montierten Zustand unter einer gegen die Innenwand 35 des Grundkörpers 22 aufgebrachte Vorspannung in dem Innenraum 23 angeordnet ist. Speziell kann der Einlegekörper 15 so ausgebildet sein, dass er zumindest am Zuflussbereich 28 zumindest weitgehend an der Innenwand 35 anliegt. Beispielsweise kann dies über einen Abschnitt 37 realisiert werden, der sich von einem Hochdruckeingang 38 bis mindestens zu dem am weitesten vom Hochdruckeingang 38 entfernten Hochdruckausgang 24 erstreckt.

Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann sich der Einlegekörper 15 beispielsweise auch entlang der Längsachse 31 betrachtet nur über den Abschnitt 37 erstrecken, der den sich von dem Hochdruckeingang 38 zu den Hochdruckausgängen 24 bis 26 erstreckenden Zuflussbereich 28 vorgibt.

Fig. 4 zeigt eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung des in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitts des Brennstoffverteilers 2. In diesem Ausführungsbeispiel ist an einem Ende 40 des rohrförmigen Grundkörpers 22 ein Endstück 41 angebracht. Das Endstück 41 weist eine exzentrische Brennstoffführung 42 auf. Auf diese Weise kann ein Hochdruckanschluss 43 beispielsweise zumindest näherungsweise auf der Längsachse 31 angeordnet werden, während der Hochdruckeingang 38 näher beziehungsweise nahe an die Innenwand 35 des Grundkörpers 22 gelegt werden kann. Die exzentrische

Brennstoffführung 42 und/oder der Hochdruckeingang 38 können hierbei so ausgestaltet werden, dass eine vorgegebene Drosselwirkung realisiert ist. Beispielsweise können ein Querschnitt, insbesondere Durchmesser, der exzentrischen Brennstoffführung 42 und/oder ein Querschnitt, insbesondere ein Durchmesser, des Hochdruckeingangs 38 zumindest abschnittsweise mit einem verringerten Durchmesser ausgeführt werden. Speziell in Kombination mit einer exzentrischen Brennstoffführung 42 kann ein kleines Volumen des Zuflussbereichs 28 realisiert werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es hierfür auch vorteilhaft, wenn eine Außenseite 44, die in einem Teil 45 dem Zuflussbereich 28 zugewandt ist, in Teilen 46, 47 der Innenwand 35 des Grundkörpers 22 zugewandt ist. Diese Ausformung beziehungsweise Biegung des Einlegekörpers 15 ermöglicht ein kleines Volumen des Zuflussbereichs 28 in Kombination mit einer stabilen und beständigen Positionierung in dem Grundkörper 22.

Fig. 5 zeigt den in Fig. 3 dargestellten Schnitt durch einen Brennstoffverteiler 2

entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich ein Hochdruckanschluss 43 an einer an dem Dämpfungsbereich 29 angrenzenden Wandstelle 48 des Grundkörpers 22. Hierbei ist eine sich durch den Dämpfungsbereich 29 erstreckende Brennstoffleitung 49 vorgesehen, die den Hochdruckanschluss 43 mit einem Hochdruckeingang 38 des Zuflussbereichs 28 verbindet. Die Brennstoffleitung 48 erstreckt sich durch den Dämpfungsbereich 29, so dass eine radiale Anordnung des

Hochdruckanschlusses 43 an dem rohrförmigen Grundkörper 22 möglich ist. Hierbei kann in der Brennstoffleitung 49 eine Drossel 50 ausgestaltet sein, die die hydraulischen

Schwingungen in der Brennstoffleitung 49 dämpft. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drossel 50 an dem Hochdruckeingang 38 vorgesehen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.