DE102010033898B4

DE102010033898B4 - Kraftstoffzufuhrsystem

Info

Publication number: DE102010033898B4
Application number: DE102010033898.2A
Authority: DE
Inventors: Franz Groth; Markus Rudolf; Walter Schimpl
Original assignee: Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
Current assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: DE102010033898A1; US20120037123A1; CN102374088B; CN102374088A

Abstract

Kraftstoffzufuhrsystem für einen Verbrennungsmotor, mit einem Luftfilter (11) zum Reinigen von Ansaugluft, der ein Gehäuse (13, 13') und ein Filterelement umfasst, einer Sauganlage (15) zum Zuführen der gereinigten Ansaugluft an Brennkammern des Verbrennungsmotors und einer Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17'), die einen Behälter (19) für unter Druck gesetzten Kraftstoff, insbesondere eine Kraftstoffverteilerleiste, und mehrere mit dem Behälter (19) in Verbindung stehende Einspritzdüsen (21) umfasst, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17') in den Luftfilter (11) integriert ist und wobei eine weitere Kraftstoffeinspritzanlage vorgesehen ist, die nicht in den Luftfilter (11) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kraftstoffeinspritzanlagen zum Einspritzen von unterschiedlichen Kraftstoffarten ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffzufuhrsystem für einen Verbrennungsmotor, mit einem Luftfilter zum Reinigen von Ansaugluft, der ein Gehäuse und ein Filterelement umfasst, einer Sauganlage zum Zuführen der gereinigten Ansaugluft an Brennkammern des Verbrennungsmotors und einer Kraftstoffeinspritzanlage, die einen Behälter für unter Druck gesetzten Kraftstoff, insbesondere eine Kraftstoffverteilerleiste, und mehrere mit dem Behälter in Verbindung stehende Einspritzdüsen umfasst.
Durch das Einspritzen des Kraftstoffs in die Ansaugluft entsteht ein zündfähiges Luft/Kraftstoff-Gemisch, welches letztlich in den Brennkammern des Motors verbrannt wird. Üblicherweise ist für jeden Motorzylinder, also jede Brennkammer des Verbrennungsmotors eine eigene Einspritzdüse vorgesehen. Der allen Zylindern gemeinsame Behälter dient als Pufferspeicher für den einzuspritzenden Kraftstoff, welcher durch eine ebenfalls allen Zylindern gemeinsame Kraftstoffpumpe unter Druck gesetzt wird. Ein derartiger Behälter wird auch als Kraftstoffverteilerleiste oder ”Rail” bezeichnet. Die Kraftstoffverteilerleiste wirkt als gemeinsamer Druckspeicher für alle Einspritzdüsen, weshalb der Einspritzdruck vom Pumpenzyklus unabhängig ist.
Aus der US 2005/0 205 067 A1 ist ein Kraftstoffzufuhrsystem bekannt mit einer Kraftstoffeinspritzanlage, die in einen Luftfilter integriert ist und einer weiteren Kraftstoffeinspritzanlage. Durch die beiden Kraftstoffeinspritzanlagen soll eine verbesserte Kraftstoffzerstäubung eines Kraftstoffes erreicht werden.
Insbesondere auf dem Kraftfahrzeugsektor ist in den letzten Jahren aufgrund strenger werdender Emissionsvorschriften und steigender Erdölpreise die Verwendung alternativer Kraftstoffe zunehmend ins Blickfeld der Motorentwicklung geraten. Beispiele für alternative Fahrzeugkraftstoffe sind Flüssiggas (LPG) und Erdgas (CNG), welche insbesondere bei Nutzfahrzeugen sowie bei der Fahrgastbeförderung erfolgreich eingesetzt werden. Derartige Alternativkraftstoff-Motoren erreichen die Leistung herkömmlicher Dieselmotoren und übertreffen diese hinsichtlich der Schadstoffemissionen, der Geräuscherzeugung und der Verbrauchswerte.
Von besonderem Interesse sind Fahrzeugmotoren mit bivalentem Antrieb, d. h. Motoren, die wechselweise mit einem primären Kraftstoff wie Benzin oder Diesel und mit einem alternativen Kraftstoff wie Flüssiggas betreibbar sind. Da gängige Benzinmotoren grundsätzlich auch mit Flüssiggas betreibbar sind, sind dementsprechende Nachrüstsysteme entwickelt worden. Diese beruhen darauf, dass eine zusätzliche Einspritzanlage für den alternativen Kraftstoff am Motor installiert wird. In Bezug auf das vorstehend erwähnte ”Rail”-Konzept bedeutet dies, dass eine zusätzliche Kraftstoffverteilerleiste in der Nähe der Kraftstoffeinlässe des Verbrennungsmotors vorzusehen ist. Hier besteht jedoch das Problem, dass bei modernen Fahrzeugmotoren aufgrund des beschränkten Bauraums häufig nicht genug Platz zur Verfügung steht, um eine zusätzliche Kraftstoffverteilerleiste an der Sauganlage anzubringen. Speziell blockiert der Luftfilter, welcher bei vielen gängigen Motoren direkt über der Sauganlage montiert ist, den Raum zum Installieren einer zweiten Einspritzanlage. Grundsätzlich könnte die zusätzliche Kraftstoffverteilerleiste in einem größeren Abstand zu den Kraftstoffeinlässen vorgesehen werden. Das Vorsehen von längeren Druckleitungen, die von einer derartigen, entfernt angebrachten Kraftstoffverteilerleiste zu den Einspritzdüsen führen, ist allerdings aus Kostengründen ebenfalls unerwünscht. Zudem erfüllt die Kraftstoffverteilerleiste ab einer bestimmten Länge der Druckleitungen ihre Funktion als Ausgleichsbehälter nicht mehr ausreichend. Derart lange Druckleitungen wären jedoch bei vielen bestehenden Motorsystemen auch tatsächlich erforderlich, da in der näheren Umgebung der Kraftstoffeinlässe kein ausreichender Platz zur Verfügung steht. Ein Anordnen der Kraftstoffverteilerleiste oberhalb des Luftfilterkastens ist schon allein deshalb ungünstig, da in diesem Bereich häufig Motorverkleidungsteile angeordnet sind. Ferner muss aus Sicherheitsgründen stets ein vorgegebener Abstand zwischen den einzelnen Motorteilen und der Motorhaube beibehalten werden, damit z. B. bei einem Aufprall eines Fußgängers auf die Motorhaube ein ausreichender Deformationsweg zur Verfügung steht. Herkömmliche Nachrüstsysteme können demzufolge bei Motoren mit den genannten Bauraumbeschränkungen nicht eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ausweg aus dieser Zwangslage anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Kraftstoffzufuhrsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist die Kraftstoffeinspritzanlage in den Luftfilter integriert. Dies ist auf einfache Weise möglich, da im Gehäuse des Luftfilters im Allgemeinen ausreichend Platz für die Unterbringung einer Kraftstoffverteilerleiste und der zugehörigen Einspritzdüsen vorhanden ist. Durch eine Integration von Kraftstoffeinspritzanlage und Luftfilter wird die Zufuhr eines alternativen Kraftstoffs ohne Vergrößerung des Bauraums und ohne die Nachteile langer Leitungen zwischen Kraftstoffverteilerleiste und Einspritzdüsen ermöglicht. Ein bestehender Verbrennungsmotor kann somit auf einfache Weise für einen bivalenten Betrieb nachgerüstet werden, sodass zwei verschiedene Kraftstoffe nutzbar sind. Dies erhöht die Reichweite des zugehörigen Kraftfahrzeugs und steigert die Wirtschaftlichkeit des Fahrbetriebs. Erfindungsgemäß ist eine weitere Kraftstoffeinspritzanlage vorgesehen, die nicht in den Luftfilter integriert ist. Bei dieser Kraftstoffeinspritzanlage kann es sich um die primäre Kraftstoffeinspritzanlage oder Haupteinspritzanlage handeln, welche z. B. zur Benzinzufuhr ausgebildet ist und sowohl bei monovalent angetriebenen als auch bei bivalent angetriebenen Motoren vorhanden ist. Diese Einspritzanlage ist nicht in den Luftfilter integriert, um bei Verbrennungsmotorvarianten mit monovalentem Antrieb einen unnötigen Montageaufwand zu vermeiden. Die zwei Kraftstoffeinspritzanlagen sind zum Einspritzen unterschiedlicher Kraftstoffarten ausgebildet.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Vorzugsweise ist die Kraftstoffeinspritzanlage im Inneren des Luftfiltergehäuses angeordnet. Es wird also der im Inneren des Luftfiltergehäuses zur Verfügung stehende Raum dazu genutzt, eine Kraftstoffeinspritzanlage für den Verbrennungsmotor unterzubringen. Auf diese Weise kann bei einer bereits vorhandenen primären Einspritzanlage ohne Vergrößerung des Bauraums eine zusätzliche Einspritzanlage für alternativen Kraftstoff vorgesehen werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Luftfiltergehäuse mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt und die Kraftstoffeinspritzanlage ist in eines der Teile integriert. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung. Insbesondere muss lediglich ein Teil des Luftfiltergehäuses angepasst werden, während das zweite Teil oder die übrigen Teile in Standardausführung verwendet werden können, was hinsichtlich einer Serienfertigung besonders vorteilhaft ist.
Bevorzugt ist die Kraftstoffeinspritzanlage in ein Unterteil des Luftfiltergehäuses integriert. Beim Nachrüsten des Verbrennungsmotors ist somit lediglich das Unterteil durch ein entsprechend angepasstes Unterteil mit integrierter Einspritzanlage zu ersetzen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in dem Luftfiltergehäuse Aufnahmen zum Anbringen der Kraftstoffeinspritzanlage vorgesehen. Bei den Aufnahmen kann es sich insbesondere um Aufnahmen für eine Schraub-, Klebe- oder Nietverbindung handeln. Dies erleichtert den Einbau der Einspritzanlage in den Luftfilter.
Insbesondere können die Aufnahmen zum Anbringen des Behälters und/oder zum Anbringen der Einspritzdüsen ausgebildet sein. Je nach Anwendung können also die Kraftstoffverteilerleiste, die Einspritzdüsen oder auch sowohl die Kraftstoffverteilerleiste als auch die Einspritzdüsen am Luftfiltergehäuse befestigt sein. Alternativ oder zusätzlich können die Einspritzdüsen auch durch das Luftfiltergehäuse hindurchgeführt und an der Sauganlage befestigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Luftfiltergehäuse und die Kraftstoffeinspritzanlage als einstückiges Bauteil, insbesondere als Gussteil oder Spritzgussteil, ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform muss keine separate Einspritzanlage im Luftfiltergehäuse installiert werden, wodurch insbesondere eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.
Die zwei Kraftstoffeinspritzanlagen sind zum Einspritzen unterschiedlicher Kraftstoffarten ausgebildet. Insbesondere kann eine der Kraftstoffeinspritzanlagen zum Einspritzen eines Flüssigkraftstoffs, insbesondere Benzin, und die andere Kraftstoffeinspritzanlage zum Einspritzen eines Gaskraftstoffs, insbesondere von Flüssiggas oder Erdgas, ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor kann dann wahlweise mit Flüssigkraftstoff oder mit Gaskraftstoff betrieben werden, wobei je nach Fahrsituation die Vorteile der jeweiligen Kraftstoffart ausgenutzt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Sauganlage eines Verbrennungsmotors, auf der ein Luftfilter zum Reinigen von Ansaugluft montiert ist.
2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht der Anordnung gemäß 1.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffzufuhrsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffzufuhrsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffzufuhrsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt einen Teil eines Kraftstoffzufuhrsystems, das einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor ein zündfähiges Gemisch aus Ansaugluft und Kraftstoff bereitstellt. Ein Luftfiltermodul oder Luftfilterkasten 11 mit einem Gehäuse 13 und einem in dem Gehäuse 13 angeordneten, nicht dargestellten Filterelement zum Reinigen von Ansaugluft, ist mittels nicht dargestellter Halterungen auf einer Sauganlage 15 montiert, welche die durch das Filterelement gereinigte Ansaugluft Zylindern des Verbrennungsmotors zuführt.
Wie aus 2 hervorgeht, ist das Luftfiltergehäuse 13 in ein Oberteil 13a und ein Unterteil 13b aufgeteilt, wobei eine Kraftstoffeinspritzanlage 17 in das Unterteil 13b integriert ist. Die Kraftstoffeinspritzanlage 17 dient dazu, Kraftstoff in die Sauganlage 15 einzuspritzen, um so ein zündfähiges Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen. Die Kraftstoffeinspritzanlage 17 umfasst eine Kraftstoffverteilerleiste 19 sowie mehrere mit der Kraftstoffverteilerleiste 19 in Verbindung stehende Einspritzdüsen 21, welche durch einen Wandabschnitt 23 des Luftfiltergehäuses 13 sowie einen benachbarten Wandabschnitt 25 der Sauganlage 15 hindurchgeführt sind und in das Innere der Sauganlage 15 münden. Mit Ausnahme des in die Sauganlage 15 hineinragenden Vorderabschnitts 27 der Einspritzdüsen 21 ist die Kraftstoffeinspritzanlage 17 vollständig im Inneren des Luftfiltergehäuses 13 angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzanlage 17 kann auf verschiedene Arten in dem Luftfiltermodul 11 befestigt sein, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 erläutert wird.
Gemäß 3 sind in dem Unterteil 13b des Luftfiltergehäuses 13 Schraubaufnahmen 29 vorgesehen, mittels welcher die Kraftstoffverteilerleiste 19 an der Gehäusewand festgeschraubt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist keine separate Kraftstoffeinspritzanlage am Luftfiltergehäuse 13' befestigt, sondern das Unterteil 13b' des Luftfiltergehäuses 13' und die Kraftstoffeinspritzanlage 17' sind als ein einzelnes gemeinsames Bauteil ausgebildet. Die Kraftstoffverteilerleiste und die Einspritzdüsen können insbesondere als Kanäle 31 in einem Gussteil 33 ausgebildet sein.
5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Befestigung der Kraftstoffeinspritzanlage 17 ausschließlich über die Einspritzdüsen 21 erfolgt, und zwar mittels einer Gummiklemmverbindung 35 an der Sauganlage 15. Die Kraftstoffverteilerleiste 19 wird von den befestigten Einspritzdüsen 21 getragen, so dass für sie keine separaten Befestigungsaufnahmen vorzusehen sind.
Von besonderem Vorteil ist die Integration der Kraftstoffeinspritzanlage in den Luftfilter bei Einsatz zweier separater Kraftstoffeinspritzanlagen, von denen eine für einen Benzinbetrieb und die andere für einen Flüssiggasbetrieb ausgelegt ist. Durch das erfindungsgemäße Prinzip wird nämlich die Flexibilität bei der Motorenherstellung wesentlich erweitert. Insbesondere kann das Luftfiltergehäuse mit den etwaigen Anpassungen, z. B. mit geeigneten Schraubaufnahmen, in üblicher Weise gefertigt und ausgeliefert werden. Dieses Luftfiltergehäuse kann im Prinzip auch für Motoren mit monovalentem Antrieb eingesetzt werden, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage 17 außerhalb des Luftfilters angeordnet ist und die Schraubaufnahmen nicht benutzt werden. Eine Nachrüstung des jeweiligen Kraftfahrzeugs für einen bivalenten Antrieb kann auf einfache Weise durch nachträgliches Installieren einer separaten Kraftstoffeinspritzanlage in den Luftfilter erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, Motoren zu fertigen, die von Haus aus für bivalenten Antrieb ausgelegt sind. Von besonderem Vorteil ist die Vermeidung einer aufwändigen Motor-Neukonstruktion, bei welcher von vornherein Bauraum für eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzanlage einzuplanen wäre.
Bezugszeichenliste

11: Luftfiltermodul
13, 13': Gehäuse
13a: Oberteil
13b, 13b': Unterteil
15: Sauganlage
17, 17': Kraftstoffeinspritzanlage
19: Kraftstoffverteilerleiste
21: Einspritzdüse
23: Wandabschnitt
25: Wandabschnitt
27: Vorderabschnitt
29: Schraubaufnahme
31: Kanal
33: Gussteil
35: Gummiklemmverbindung

Claims

Kraftstoffzufuhrsystem für einen Verbrennungsmotor, mit einem Luftfilter (11) zum Reinigen von Ansaugluft, der ein Gehäuse (13, 13') und ein Filterelement umfasst, einer Sauganlage (15) zum Zuführen der gereinigten Ansaugluft an Brennkammern des Verbrennungsmotors und einer Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17'), die einen Behälter (19) für unter Druck gesetzten Kraftstoff, insbesondere eine Kraftstoffverteilerleiste, und mehrere mit dem Behälter (19) in Verbindung stehende Einspritzdüsen (21) umfasst, wobei die Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17') in den Luftfilter (11) integriert ist und wobei eine weitere Kraftstoffeinspritzanlage vorgesehen ist, die nicht in den Luftfilter (11) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kraftstoffeinspritzanlagen zum Einspritzen von unterschiedlichen Kraftstoffarten ausgebildet sind.
Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17') im Inneren des Luftfiltergehäuses (13, 13') angeordnet ist.
Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfiltergehäuse (13, 13') mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgeführt ist und die Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17') in eines der Teile integriert ist.
Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzanlage (17, 17') in ein Unterteil (13b, 13b') des Luftfiltergehäuses (13, 13') integriert ist.
Kraftstoffzufuhrsystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luftfiltergehäuse (13) Aufnahmen (29) zum Anbringen der Kraftstoffeinspritzanlage (17) vorgesehen sind.
Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (29) zum Anbringen des Behälters (19) und/oder zum Anbringen der Einspritzdüsen (21) ausgebildet sind.
Kraftstoffzufuhrsystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (19) an einer Wand des Luftfiltergehäuses (13) befestigt, insbesondere mit dieser verschraubt ist.
Kraftstoffzufuhrsystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüsen (21) durch das Luftfiltergehäuse (13) hindurchgeführt und an der Sauganlage (15) befestigt sind, insbesondere mittels einer Gummiklemmverbindung (35).
Kraftstoffzufuhrsystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfiltergehäuse (13') und die Kraftstoffeinspritzanlage (17') als einstückiges Bauteil, insbesondere als Gussteil (33) oder Spritzgussteil, ausgeführt sind.
Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (19) und/oder die Einspritzdüsen (21) als Kanäle (31) in dem Gussteil (33) oder Spritzgussteil ausgebildet sind.
Kraftstoffzufuhrsystem nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kraftstoffeinspritzanlagen zum Einspritzen eines Flüssigkraftstoffs, insbesondere Benzin, und die andere Kraftstoffeinspritzanlage zum Einspritzen eines Gaskraftstoffs, insbesondere von Flüssiggas oder Erdgas, ausgebildet ist.