Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffzuführungssystem zum Zuführen von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Autos.

Stand der Technik

Bekannt sind Kraftstoffzuführungssysteme für Fahrzeuge. Bei Motoren zum Betrieb von Kraftfahrzeugen und anderen Antriebsmotoren werden Kraftstoffein- spritzsysteme zur Versorgung von insbesondere unter Druck stehendem Kraftstoff durch Einspritzen benutzt. Bei derartigen Kraftstoffeinspritzsystemen wird im Allgemeinen der druckbeaufschlagte Kraftstoff, der in einer Vorsorgungsleitung mit vorgegebenem Volumen aufgenommen ist, auf eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen verteilt und dann in einen Einlaßkanal eines Motorzylinders oder in eine Brennkammer des Zylinders eingespritzt. Solche Kraftstoffspritzsysteme werden bei Ottomotoren und bei Dieselmotoren angewendet. Deren Verbrennungsvorgänge basieren auf chemisch reaktiven Strömungen.

Die Offenlegungsschrift JP 2010-71098 offenbart ein Kraftstoffzuführungssystem, das einen Vorrahtsbehälterbecher, einen Vorratsbehälterdeckel, eine Kraftstoffzuführungsleitung, eine elektrische Leitung und eine Strahlpumpe aufweist. In dem Vorratsbehälterbecher ist eine Kraftstoffpumpe untergebracht und der Vorratsbehälterbecher ist so ausgebildet, dass er Kraftstoff in dem Kraftstofftank zurückhält. Die Kraftstoffpumpe pumpt Kraftstoff von dem Kraftstofftank durch die Kraftstoffzuführungsleitung vom Kraftstofftank nach außen. Der Kraftstoff wird von der Strahlpumpe vom Kraftstofftank in den Vorratsbehälter gepumpt. Über die elektrische Leitung kann der Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt werden.

Derartige bekannte Kraftstoffzuführungssysteme weisen insbesondere Druck- Speicher auf, die in einer Druckspeicherkammer zum Aufnehmen des Kraftstoffs von einem Vorratsbehälter aungeordnet sind, wobei das Innenvolumen dieses Druckspeichers variabel ausgebildet ist, vgl. DE 10 2015 007 674 A1.

Nachteilig an den bekannten Kraftstoffzuführungssystemen ist, dass oftmals Druckregler notwendig sind, um den Kraftstoffdruck in der Versorgungsleitung auf einen vorgegeben Wert zu beeinflussen oder einzustellen.

Ein wichtiges Problem bei Verbrennungsmotoren ist die Einstellung des jeweils richtigen Luft-Kraftstoff-Gemisches für den jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors bzw. des angetriebenen Fahrzeugs. In einem Vergaser oder Einspritzsystem eines bekannte Verbrennungsmotors strömt die vom Verbrennungsmotor angesaugte Luft durch einen Hohlraum, in der Regel durch ein Ansaugrohr, das an einer Stelle verjüngt ist. An der Stelle des Hohlraumes mit dem kleinsten Durchmesser ist die Geschwindigkeit der Luft am größten.

Üblicherweise wird genau an dieser Stelle bzw. unmittelbar stromabwärts hinter dieser Stelle der Kraftstoff zugegeben. Dabei wird der Kraftstoff von der vorbeiströmenden Luft mitgerissen und in der Luft zerstäubt. Hierdurch wird eine mög- liehst gründliche Vermengung des Kraftstoffs in der Luft erreicht. Die für den jeweiligen Betriebs- bzw. Lastzustand des Verbrennungsmotors benötigte Luftmenge wird über geeignete EinStelleinrichtungen im Vergaser oder im Einspritzsystem eingestellt. In der Regel werden hierzu Drosselklappen verwendet. Die Folge der genannten Anwendung bei Otto- und Dieselmotoren sind ungewünschte Emissionen von schädlichen Substanzen durch Abgase, die bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen entstehen, die in die Atmosphäre abgeleitet werden und zu einer erheblichen Luftverschmutzung führen. Die in Fahrzeugen verwendeten Verbrennungskraftmaschinen sind aufgrund ihrer Konstruktion nicht in der Lage, eine kontinuierlich gleichmäßige und relativ vollständige Verbrennung zu ermöglichen, wie sie bei kontinuierlich brennenden Flammen oder ähnlichen Verbrennungsvorrichtungen stattfindet. In einem Fahrzeug, das mit einem Benzinmotor angetrieben wird, laufen innerhalb einer kurzen Zeit eine große Anzahl von einzelnen Verbrennungen ab, und zwar wiederholt, um die gewünschte Energieleitung zu erzielen.

Die Möglichkeit für eine vollständigere Verbrennung innerhalb des Motors ist daher Ziel verschiedenster Anstrengungen, wobei ein Abgas resultieren soll, das nur unkritische Inhaltsstoffe aufweist. Bislang ist die Bemühung um Reduzierung von Abgasen nur unbefriedigend. Für die Verbrennung wird üblicherweise Luft als zuzuführendes Medium benützt, die Stickstoff enthält. Unter den verschiedenen Arbeitsbedingungen eines Motors wird dieser Stickstoff zum Teil zu Stickoxiden umgewandelt, die mit dem Abgas abgestoßen werden und zur Luftverschmutzung beitragen. Die Abgase, die von den verwendeten Motoren ausgestoßen werden, die weitgehend unter der unvollständigen Verbrennung eines Koh- lenwasserstoff-Brennstoff-Luft-Gemisches arbeiten, weisen einen unterschiedlichen prozentualen Anteil aus Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenstoff, Stickoxiden und anderen Gasen auf und enthalten im Allgemeinen verschiedene gasförmige Verbindungen von Schwefel, Blei, Brom, Chlor, Phosphor und andere. Diese gasförmigen Verbindungen können entstehen, wenn Verunreinigungen des Kraftstoffs vorhanden oder verschiedene Additive in dem verbrannten Kraftstoff enthalten sind.

Die DE 10 2016 207 819 A1 offenbart zur Schadstoffreduzierung ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, bei dem eine Auswahl von Kraftstoffe- inspritzungsstrategien und des Zündzeitpunkts für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung als Reaktion auf die überwachte Motorlast im Verhältnis zu einer Mehrzahl von Lastbereichen erfolgt. Dazu wird ein Vorzündungs-Kraftstoffeinspritzungsereignis vorgeschlagen. Eine Verminderung der Emissionen sollen auch Abgasnachbehandlungssysteme bewirken. Die EP 0 301 83 08 A1 offenbart dazu entweder den Einsatz eines Ka- talysators und/oder eine andere Abgasnachbehandlungseinheit für den Einsatz im Abgasstrom von Brennkraftmaschinen mit einem temperaturempfindlichen Element aus temperaturempfindlichen Material, das bei einer vorgegebenen Grenztemperatur seine Eigenschaft dauerhaft sichtbar bzw. detektierbar ändert. Zur Sichtbarmachung ändert sich ein angebrachter Code temperaturabhängig.

In der Kraftfahrzeugentwicklung ist ein Trend zu geringeren Hubräumen der verwendeten Verbrennungsmotoren zu verzeichnen, der als Downsizing bekannt ist. Ein Beweggrund für diese Entwicklung ist der Versuch, den Kraftstoffverbrauch durch Reduktion von Drosselklappenverlusten zu senken. Diese Problemlösung sowie andere Vorkammer- oder Wirbelkammer-Verfahren sowie auch der Einsatz von Turboladern o.dgl. hilft dem ursprünglichen Problem oftmals nicht ab, da keine vollständige bzw. nahezu vollständige Verbrennung des Kraftstoffes erzielt wird bzw. die genannten Schadstoffe in den Emissionen des Fahrzeugs weiterhin auffindbar sind. Die genannten Lösungen sind aufwändig, teuer und nicht zufriedenstellend zielführend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffzuführungssystem zur Verfügung zu stellen, das eine verbesserte Verbrennung des zugeleiteten Kraftstoffs in die Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors zur Abgasreduzierung ermöglicht.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Strömungsbeschleuniger für ein Kraftstoffzuführungssystem zur Verbrennung von Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs offenbart.

In Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren müssen diesen Gase wie beispiels- weise Luft zugeführt werden. Der Durchfluss des durchströmenden Gases, d.h. ein pro Zeiteinheit durchströmendes Gasvolumen, muss dabei dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors angepasst werden. Der Verbrennungsmotor weist zur Kraftstoffzuführung ein Ansaugrohr auf. Die Effektivität der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs hängt vom Zustand der Verwirbelung der Komponenten zum Zeitpunkt der Zündung ab. Die Verwir- belung hängt wiederum von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft ab. Der erfindungsgemäße Strömungsbeschleuniger wird zur Optimierung dieser Vorgänge eingesetzt.

Der erfindungsgemäße Strömungsbeschleuniger ist dazu insbesondere vor einem Filter im Ansaugbereich eines Verbrennungsmotors angeordnet. Dieser Bereich wird allgemein durch das Ansaugrohr gebildet. Der Strömungsbeschleuniger ist als Vorsatzvorrichtung zu diesem Ansaugrohr ausgestaltet und weist eine in etwa mittig angeordnete Ansaugbohrung auf. Die Luft, die dem Kraftstoff wie Benzin oder Diesel zur Verbrennung zugeführt wird, wird dadurch in weit erhöhter Geschwindigkeit zu diesem Kraftstoff geführt. Die Beschickung mit 02-halti- ger Luft erfolgt in der ausreichenden Menge zur optimalen Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder.

Kraftstofffilter sind Bauteile in Fahrzeugen, die den Kraftstoff von Feststoffpartikeln befreien. Sie werden als Hauptstromfilter betrieben und sind dazu üblicherweise mit einem papierähnlichen Material gefüllt. Der Einbauort ist in der Kraftstoffleitung zum Fahrzeugmotor. Dieselfilter haben eine kartuschenähnliche Bau- form mit einseitiger Anflanschung, Benzinfilter sind meist innerhalb der Saugleitung zur Kraftstoffpumpe oder in der Druckleitung zwischen Pumpen und den Einspritzventilen montiert. Für die beigemengte Luft sind Luftfilter vorgesehen, die beispielsweise einen Anschluss an einen stromabwärts des Luftfilters angeordneten Reinluftkanal und zusätzlich ein Strömungsleitgitter aufweisen können. Bei der Strömungsbeschleunigung entsteht üblicherweise ein Rückstau, um eventuelle Strömungsstörungen auszugleichen. Ein üblicherweise stattfindender Rückfluss wird beim Einsatz des erfindungsgemäßen Strömungsbeschleunigers minimiert, da der Kraftstoff, wenn der Zylinder nicht mehr saugt, verwirbelt wird und kein Rückfluss aufgrund des entstehenden Rückstaus mehr erfolgt. Im Er- gebnis erfolgt ein Ausgleich der Störungen des Rückflusses.

Der Strömungsbeschleuniger wird dabei aus einem rohrartigen Zylinder ausgebildet, der einen verkleinerten Durchschnitt gegenüber dem Ansaugrohr aufweist. Dadurch wird die zugeleitete Luft verdichtet und weist einen höheren Druck auf. Dadurch kann der bzw. können die Zylinder des Fahrzeugs schneller befüllt werden. Es wir durch den Einsatz einer geeigneten Steuerung nur genau die Menge an Kraftstoff befüllt, die während der Verbrennung gebraucht wird.

Der Strömungsbeschleuniger wirkt dadurch wie ein reduzierter Ansaugrüssel und somit wirkt die Vorsatzvorrichtung wie ein in diesem ausgewählten Bereich dünner Ansaugrüssel. Die jeweilige Anpassung an den entsprechenden Zylinder, d.h. die Reduzierung des Durchmessers des Strömungsbeschleunigers, erfolgt durch den Einsatz einer Rechenformel. Dabei wird der Inhalt eines Zylinders zugrunde gelegt und in ccm angegeben. Es wird eine Konstante von 0,095 verwendet, so dass der Inhalt mal der Konstante den Wert der Ansaugbohrung ergibt. Dieser Wert wurde durch empirische Studien ermittelt. Der ermittelte Wert der Ansaugbohrung ist damit zylinderanzahl- bzw. hubraumabhängig.

Eine Beispielrechnung für ein Fahrzeug mit einem Motorhubraum von 1043 ccm, 4 Zylindern sowie der Konstante von 0,095 ergibt einen Wert von 24,77 mm für den Durchmesser der Ansaugbohrung des Strömungsbeschleunigers. Der Strömungsbeschleuniger ist insbesondere aus Kunststoff ausgebildet und wird in das Ansaugrohr des Verbrennungsmotors gesteckt. Der Strömungsbe- schleuniger ist insbesondere mit einer Länge von ca. 50 mm ausgebildet. Der Strömungsbeschleuniger weist in der vorgeschlagenen Ausführung insbesondere einen Anschlag von 5 mm auf. Der Innendurchmesser des Ansaugrohrs ist mit ca. 37,00 mm ausgebildet. Der Innendurchmesser des Strömungsbeschleunigers beträgt dagegen lediglich 24,77 mm, so dass die Geschwindigkeit des durchgeführten Mediums deutlich beschleunigt wird.

Der erfindungsgemäße Strömungsbeschleuniger hat dabei den Vorteil, dass die Emissionen von Schadstoffen von Fahrzeugen erheblich reduziert wird, da die Verbrennung des Kraftstoffs zum Antrieb des Fahrzeug nahezu vollständig erfolgen kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfol- genden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 zeigt einen Strömungsbeschleuniger 10 in einem Längsschnitt und

Fig. 2 zeigt den Strömungsbeschleuniger in einer anderen Ansicht ebenfalls im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist ein Strömungsbeschleuniger 10 dargestellt. Der Strömungsbeschleuniger 10 ist in einer zylindrischen Längsform ausgebildet und weist eine Kunst- stoffwandung 12 auf. Es ist ein Abschlussbereich 14 ausgebildet, der einen grö- ßeren Durchmesser aufweist als die zylindrische Längsform. Dieser Abschlussbereich 14 wirkt als Anschlag.

Der Strömungsbeschleuniger 10 weist des weiteren eine Ansaugbohrung 16 auf. Der Strömungsbeschleuniger 10 wird in das Ansaugrohr des Verbrennungsmo- tors gesteckt und entfaltet dort seine Wirkung.

Fig. 2 zeigt den Strömungsbeschleuniger 10. Der Strömungsbeschleuniger 10 ist aus Kunststoff ausgebildet und hat nach einer Beispielrechnung insbesondere eine Länge von 50 mm. Der innere Durchmesser D der Ansaugbohrung 16 wird abhängig von der Zylinderzahl sowie dem Hubraumvolumen mal der Konstante von 0,095 ermittelt. Dadurch kann der Strömungsbeschleuniger 10 an das jeweilige Fahrzeug angepasst werden und optimiert somit die Verbrennung des Kraftstoffs im Verbrennungsmotor. Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. Bezugszeichenliste

10 Strömungsbeschleuniger

12 Ku nststoffwand u ng

14 Abschlussbereich

16 Ansaugbohrung

L Länge

D Durchmesser