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Die Erfindung betrifft eine dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Während des Betriebs von direkteinspritzenden dieselmotorischen Brennkraftmaschinen entstehen in den Injektoren Ablagerungen, die sich sehr negativ auf das Brennverfahren auswirken und dadurch insbesondere das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtern. Im Speziellen ist hier auf Ablagerungen in den Einspritzöffnungen abzustellen, die das Einspritzverhalten und die Einspritzcharakteristik stark verändern können. Aber auch Ablagerungen in der Lagerung und im Dichtungsbereich der Verschlussnadel führen zu einer Verschlechterung der Einspritzung.
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Diese Ablagerungen sind unter anderem abhängig von der Art des verwendeten Kraftstoffs. Eine erhöhte Neigung zur Bildung von Ablagerungen wurde beispielsweise bei der Verwendung von Pflanzenöl als Kraftstoff festgestellt. Es hat sich aber auch herausgestellt, dass die Verweildauer des Kraftstoffs in den Injektoren und insbesondere die Temperatur der Einspritzdüse eine erhebliche Rolle bei der Bildung der Ablagerungen spielen. Als Einspritzdüse ist hier die Spitze des Injektors mit der Einspritzöffnung (Einlochdüse) oder mit den Einspritzöffnungen (Mehrlochdüse) und dem Ventilsitz für die Ventilnadel bezeichnet. Da die Art des verwendeten Treibstoffs und die Verweildauer des Kraftstoffs in den Injektoren vorgegeben sind, ist eine Verbesserung hauptsächlich über die Beeinflussung der Temperatur der Einspritzdüse möglich.
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Die
DE 199 45 436 C1 beschreibt ein System zur Erwärmung des dem Injektor zugeführten Kraftstoffs. Hierzu ist in der Wandung des Common-Rail-Speichers eine Bohrung vorgesehen. Die Bohrung ist mit einer Leckage-Leitung verbunden über die sie mit heißem Leckage-Kraftstoff aus dem Injektor beschickt wird. Durch den thermischen Kontakt wird der heiße, vom Injektor kommende Leckage-Kraftstoff abgekühlt und der dem injektor zuzuführende Kraftstoff im Common-Rail-Speicher erwärmt. Die Temperatur der Einspritzdüse wird dadurch aber erhöht, was nicht zu einer Veringerung der Ablagerungen führt.
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Es wurde bereits versucht, Kanäle zur Führung eines Kühlmediums möglichst nahe an die gefährdeten Stellen zu verlegen. Eine derartige aktive Kühlung des Düsenkörpers benötigt jedoch einen nicht unerheblichen Bauraum und ist deshalb nur bei wenigen Brennkraftmaschinen anwendbar.
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In der
DE 102 59 926 A1 wird vorgeschlagen, bei einer Brennkraftmaschine mit einer Ladeluftkühlung einen zusätzlichen, mit der Ladeluftkühlung verbundenen Wärmetauscher vorzusehen, welcher den der Einspritzvorrichtung zugeführten Kraftstoff und/oder einen Einbaubereich der Einspritzvorrichtung kühlt.
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Es wurde deshalb auch bereits eine passive Kühlung, oder anders gesagt, ein passiver Hitzeschutz versucht. Dabei werden Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit so verbaut, dass sie Wärmeleistung aus dem Brennraum nach Möglichkeit aufnehmen und schnell nach außen ableiten, so dass sich der Düsenkörper selbst nicht so stark erwärmen kann. Solche oft in Form von Kupferhülsen ausgeführten Wärmeschutzmaßnahmen haben sich allerdings als nicht besonders wirkungsvoll erwiesen. Ein weiterer Nachteil dieser passiven Schutzmaßnahmen, ist aber auch die fehlende Regelbarkeit. Das bedeutet, dass sie dem Düsenkörper auch beim Kaltstart Wärme entziehen, die eigentlich dringend zur Anwärmung des Kraftstoffs benötigt wird, um diesen im Brennraum dann schnell zur Verdampfung bringen zu können. Weiterhin kann an der Düse im Niedriglastbereich Kaltkorosion auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine so auszugestalten, dass Ablagerungen in der Einspritzdüse und insbesondere in den Einspritzöffnungen der Düse stark reduziert werden. Die notwendigen Maßnahmen sollen bei nahezu allen marktüblichen dieselmotorischen Brennkraftmaschinen anwendbar sein und keine hohen Installationskosten erforderlich machen.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine dieselmotorisch betriebene Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dadurch, dass zwischen der Hochdruckpumpe und dem wenigstens einen Injektor ein Kraftstoffkühler für den dem Injektor zuzuführenden Kraftstoff vorgesehen ist, wobei das Kühlmedium Kraftstoff ist und wobei zur Regelung des Kraftstoffkühlers ein Regelventil für dieses Kühlmedium vorgesehen ist, kann der in der Hochdruckpumpe aufgeheizte Kraftstoff bei Bedarf gekühlt werden. Das bedeutet, dass die Kühlung beim Kaltstart außer Betrieb gesetzt werden kann und erst dann aktiv wird, wenn die Einspritzdüse eine Temperatur erreicht, die zu Ablagerungen führen kann. Durch die Kühlung des Kraftstoffs wird in Folge auch die Einspritzdüse gekühlt und auf einer Temperatur gehalten, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Gefahr der Bildung von Ablagerungen besteht.
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Üblicherweise wird der Kraftstoffkühler direkt hinter der Hochdruckpumpe angeordnet, da die Kühlung hier am effizientesten durchgeführt werden kann. Wird der Kraftstoffkühler jedoch direkt vor dem Injektor angeordnet, werden bei der Verwendung mehrerer Injektoren auch mehrere Kraftstoffkühler notwendig. Gleiches gilt wenn beispielsweise nach einer Verzweigung in mehrere Druckspeicher gekühlt werden soll.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zwischen der Hochdruckpumpe und dem Injektor sind Kraftstoff führende Komponenten vorgesehen. Dabei kann es sich um einfache Kraftstoffleitungen, im Falle eines Common-Rail-Systems, aber auch um das Druckrohr selbst handeln. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umschließt der Kraftstoffkühler vorteilhaft eine Kraftstoff führende Komponente zumindest teilweise. Der Kraftstoffkühler kann bei dieser Ausführungsform als offener oder als geschlossener Ring ausgebildet sein. Ein offener Ring kann sogar bei einer Nachrüstung problemlos auf eine Kraftstoffleitung aufgeklippst werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform umschließt der Kraftstoffkühler keine Kraftstoff führende Komponente, sondern der Kraftstoffkühler ist als Wärmetauscher ausgebildet, der zwischen zwei Kraftstoff führende Komponenten geschaltet ist. Mit einem Wärmetauscher, bei dem sowohl der Kraftstoff als auch ein Kühlmedium auf eine Vielzahl einzelner Leitungen aufgeteilt wird, wobei das Kühlmedium im Gegenstrom zu dem Kraftstoff fließt, ist meist ein sehr guter Wärmeübergang von dem Kraftstoff auf das Kühlmedium zu erreichen.
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Bei einer Ausführungsform wird der Tank als Kühlaggregat verwendet und dort gekühlter Kraftstoff direkt dem Kraftstoffkühler zugeführt. Nach dem Durchgang durch den Kraftstoffkühler wird dieser Kraftstoff zur erneuten Kühlung wieder in den Tank zurückgeführt.
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Bei einer besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform der Erfindung weist der Kraftstoffkühler eine doppelwandig ausgeführte Kraftstoff führende Komponente auf, durch die heißer komprimierter Kraftstoff im Gegenstrom zu kälterem Kühlmedium geführt wird. Hier kann beispielsweise ein Kühlmedium aus einem eigenen Kreislauf verwendet werden. Es ist aber genauso möglich als Kühlmedium hier gekühlten Kraftstoff aus dem Tank zu benutzen.
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Bei der Verwendung eines Common-Rail-Hochdrucksystem ist der Kraftstoffkühler vorzugsweise zwischen der Hochdruckpumpe und dem Ausgang des Common-Rail anzuordnen. Auf diese Weise ist bei den üblichen Anordnungen nur ein einziger Kraftstoffkühler vorzusehen. Bei einer Anordnung zwischen dem Ausgang des Commom-Rail und dem Injektor müsste dagegen für jeden Injektor ein eigener Kraftstoffkühler vorgesehen werden. Der Kraftstoffkühler kann entweder die Kraftstoffzuführung zu dem Common-Rail oder das Common-Rail selbst kühlen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem Kraftstoff-Kraftstoff-Wärmetauscher,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem Kraftstoff-Kühlmedium-Wärmetauscher,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer elektrischen Kühlung,
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel mit einer Kraftstoff-Kraftstoff-Kühlung mit Hilfe einer doppelwandigen Kraftstoffleitung,
- 5 einen schematischen Schnitt durch die doppelwandige Kraftstoffleitung,
- 6 einen Schnitt durch einen quaderförmigen Wärmetauscher und
- 7 einen Schnitt durch einen Wärmetauscher mit rundem Querschnitt
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 handelt es sich um Beispiele, die den Stand der Technik beschreiben.
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In den 1 bis 4 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kraftstoff wird aus dem Tank 1 über die Kraftstoffzufuhr 2 entnommen. Üblicherweise ist zwischen Tank 1 und Hochdruckpumpe 3 noch eine hier nicht dargestellte Kraftstoffförderpumpe vorgesehen, die den Kraftstoff aus dem Tank 1 ansaugt und der Hochdruckpumpe 3 zuführt.
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Über eine Kraftstoffleitung 23 oder 15 erreicht der durch die Hochdruckpumpe 3 hoch verdichtete Kraftstoff das Common-Rail 4 und wird dort zwischengespeichert. Aus dem Common-Rail 4 wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff den Injektoren 5 zugeführt und von dort aus kontrolliert in den Brennraum eingespritzt.
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Der Druck in dem Common-Rail ist über ein hier nicht gezeigtes steuerbares Überdruckventil einstellbar. An diesem Überdruckventil ist eine Rücklaufleitung 6 angeschlossen, um überschüssigen Kraftstoff zurück in den Tank 1 leiten zu können. Mit dieser Rücklaufleitung 6 ist ebenfalls die Hochdruckpumpe 3 verbunden, so dass auch Leckage-Krafstoff aus der Pumpe in den Tank 1 rückgeführt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist auch noch eine Steuerung 10 vorgesehen, mit der die verschiedenen gezeigten Kraftstoffkühlungen gesteuert und auf diese Weise an unterschiedliche Bedingungen angepasst werden können. Es ist dabei unerheblich ob die Steuerung 10 als eigenständiges Bauteil realisiert wird oder ob die Steuerfunktion in die Motorsteuerung integriert wird.
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Mit der Steuerung 10 ist ein Temperatursensor 11 verbunden, der jeweils die Temperatur des Kraftstoffs in Fließrichtung nach dem Kraftstoffkühler misst. Auf diese Weise lässt sich ein Regelkreis realisieren, für den für jeden Betriebszustand ein spezifischer Sollwert für die Kraftstofftemperatur in der Steuerung 10 hinterlegt werden kann.
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In Abhängigkeit der unterschiedlichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine (insbesondere, aber nicht ausschließlich in Abhängigkeit von der Motortemperatur, von der Drehzahl, von der abverlangten Leistung und von dem benötigten Kraftstoffvolumen) soll also eine vorbestimmte Kraftstofftemperatur erreicht werden, die gewährleistet, dass die Einspritzdüse durch die Kraftstoffkühlung unterhalb einer Temperatur gehalten wird, die zu Ablagerungen führt, die aber ebenso sicherstellt, dass der Kraftstoff während des Einspritzvorganges so gut verdampft wird, dass auch eine effektive Verbrennung stattfindet. Andererseits darf der Kraftstoff nicht so weit abgekühlt werden, dass die Injektorfunktion durch eine hohe Viskosität des Kraftstoffs verändert würde. Der Kraftstoff sollte folglich eine Temperatur in einem relativ engen Bereich aufweisen, die aber vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängt.
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Die Sollwerte für die Kraftstofftemperatur können in der Steuerung 10 abgespeichert werden. Hierzu kann eine Look-Up-Table verwendet werden, in der zu jeder vorkommenden Kombination unterschiedlicher Betriebsparameter der entsprechende Sollwert für die Kraftstofftemperatur hinterlegt ist. Diese Sollwerte sind selbstverständlich auch abhängig von der Art des verwendeten Kraftstoffs. Wird die Brennkraftmaschine alternativ mit unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben, sollten folglich auch Sollwerte für unterschiedliche Kraftstoffe hinterlegt werden. Die Umschaltung von einem Sollwertspeicher auf den anderen kann dann entweder manuell nach Bedarf oder über eine automatische Bestimmung des verwendeten Kraftstoffs erfolgen.
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Bei der Bestimmung der Sollwerte in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine ist darauf abzustellen, dass bei einer hohen Leistung zwar auch eine große Wärmemenge auf die Einspritzdüse übergeht, dass aber auch ein großes Volumen an Kraftstoff durch die Einspritzdüse fließt und somit eine stärkere Kühlwirkung als bei niedriger Leistung bewirkt wird. Trotzdem wird -insbesondere bei der Verwendung bestimmter Kraftstoffe (z. B. Pflanzenöl) - bei hoher Leistung eine Kühlung des Kraftstoffes eine stark verminderte Neigung zur Bildung von Ablagerungen in und an der Einspritzdüse erbringen.
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Unter Kaltstartbedingungen bei niedriger Motortemperatur wird im Normalfall keine Kühlung des Kraftstoffs notwendig sein; ganz im Gegenteil könnte hier eine Kühlung sogar schädlich für das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine sein. Auch dies ist bei der Bestimmung der hinterlegten Sollwerte zu berücksichtigen.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 1 ist ein Kraftstoffkühler vorgesehen, der einen Wärmetauscher 7 aufweist, der mit kühlem Kraftstoff aus dem Tank 1 betrieben wird. Hierzu wird Kraftstoff aus der Kraftstoffzuführung 2 vor der Hochdruckpumpe 3 abgezweigt. Es erfolgt also eine Aufteilung des Kraftstoffes aus dem Tank 1 in einen Anteil Betriebskraftstoff zum Betreiben der Brennkraftmaschine und in einen Anteil Kühlkraftstoff. Ist eine Kraftstoffförderpumpe vorgesehen, erfolgt die Aufteilung des Kraftstoffs nach der Kraftstoffförderpumpe.
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Der Kühlkraftstoff wird dem Wärmetauscher 7 so zugeführt, dass er innerhalb des Wärmetauschers 7 im Gegenstrom zu dem heißen, unter Hochdruck stehenden Betriebskraftstoff aus der Hochdruckpumpe 3 fließt. Nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 7 wird der Kühlkraftstoff der Rücklaufleitung 6 zugeführt und läuft zurück in den Tank 1. Der Tank 1 fungiert bei dieser Anordnung als Kühler, so dass der in dem Wärmetauscher 7 erhitzte Kühlkraftstoff wieder abgekühlt wird.
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Der von der Hochdruckpumpe 3 kommende, erhitzte und unter Druck stehende Betriebskraftstoff wird bei dem Durchgang durch den Wärmetauscher 7 abgekühlt, indem Wärmeenergie auf den im Gegenstrom fließenden Kühlkraftstoff übertragen wird. Um die Kühlung steuern zu können, ist noch ein Regelventil 12 zwischen der Aufteilung des Kraftstoffs vor der Hochdruckpumpe 3 und dem Eingang des Kühlkraftstoffs in den Wärmetauscher 7 vorgesehen.
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Im einfachsten Falle handelt es sich hierbei um ein einfaches Stellventil mit einer Offen- und einer Geschlossen-Stellung, so dass sich die Kraftstoffkühlung entweder ein- oder ausschalten lässt. Bei dieser einfachen Ausführungsform könnte sogar auf den Temperatursensor 11 verzichtet werden. Die Steuerung würde das Regelventil 12 dann nur in Abhängigkeit von der Motortemperatur öffnen oder schließen. Das würde bedeuten, dass unter Kaltstartbedingungen bis zum Erreichen einer bestimmten Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine keine Kraftstoffkühlung erfolgen würde. Erst nach dem Erreichen dieser Betriebstemperatur würde der Kraftstoff kontinuierlich in gleicher Weise gekühlt werden. Eine Anpassung der Kühlleistung würde hier nur in so weit erfolgen, dass bei hoher Leistung auch viel Kraftstoff durch die Einspritzdüse gefördert wird, die Kühlleistung also nicht über die Kraftstofftemperatur sondern über die Kraftstoffmenge angepasst wird.
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Für eine genau Regelung ist aber vorteilhaft ein stufenlos verstellbares Regelventil vorgesehen. In diesem Fall erfolgt die genaue Regelung der Temperatur des Betriebskraftstoffs mit Hilfe des Temperatursensors 11 und der Steuerung 10. Es kann hier zu jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Kraftstofftemperatur eingeregelt werden, so dass sich die Einspritzdüse immer in einem optimalen Temperaturbereich befindet.
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In dem Beispiel nach 2 wird ein anderes Kühlsystem zur Kühlung des Kraftstoffs benutzt. Hier ist der Wärmetauscher 7 mit einem Kühlkreislauf verbunden, der nicht mit Kraftstoff betrieben wird. Es wird ein Kühlmedium verwendet, das in dem Wärmetauscher 7 von dem im Gegenstrom fließenden heißen, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff Wärmeenergie aufnimmt und diese in dem Kühler 13 wieder abgibt.
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Bei dem Kühler 13 kann es sich beispielsweise um einen Kälteerzeuger handeln, der mit Strom, Gas oder Kraftstoff betrieben wird. In diesem Fall könnte die Steuerung der Kraftstofftemperatur über die Steuerung des Kälteerzeugers erfolgen. Wenn eine gewisse Trägheit des Systems in Kauf genommen werden kann, könnte in diesem Fall sogar auf das Regelventil 12 verzichtet werden. Vorteilhaft wird aber eine kombinierte Regelung über die Steuerung des Kälteerzeugers und die Steuerung des Regelventils 12 verwendet.
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Bei dem Kühler 13 kann es sich aber ebenso um den üblicherweise sowieso vorhandenen Luftkühler eines Kfz handeln. In diesem Fall müsste der Wärmetauscher 7 lediglich in das vorhandene Kühlsystem für die Brennkraftmaschine eingebunden werden. Als Kühlmedium wird in diesem Fall das in dem vorhandenen Kühlsystem zirkulierende, mit Frostschutz versetzte Wasser verwendet.
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Die Kühlsysteme von Kfz sind üblicherweise in einen kleinen und einen großen Kühlkreislauf unterteilt. Um bei Kaltstartbedingungen möglichst schnell die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erreichen zu können, wird der große Kühlkreislauf, der das Kühlwasser über den Kühler leitet, erst dann zugeschaltet, wenn die Betriebstemperatur erreicht ist. Da aber die Kraftstoffkühlung auch erst bei einer höheren Temperatur der Brennkraftmaschine benötigt wird, ist es vollkommen ausreichend, die Kraftstoffkühlung in den gro-ßen Kühlkreislauf zu integrieren. Die Steuerung 10, der Temperatursensor 11 und das Regelventil 12 fungieren hier wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
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Aber auch bei der Variante, bei der die Kraftstoffkühlung in den großen Kühlkreislauf der Motorkühlung integriert ist, gibt es eine sehr einfache Ausführungsform, die trotzdem sehr effektiv arbeitet. Dabei können Steuerung 10 Temperatursensor 11 und Regelventil 12 eliminiert werden. Trotzdem wird erreicht, dass bis zum Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine keine Kraftstoffkühlung stattfindet. Erst danach wird der große Kühlkreislauf der Motorkühlung dazugeschaltet und somit auch die Kraftstoffkühlung in Betrieb genommen. In diesem Zustand wird zwar der Kraftstoff kontinuierlich in etwa mit der gleichen Leistung gekühlt, allerdings hängt die Kühlung der Einspritzdüse von dem Volumen des eingespritzten Kraftstoffs ab, so dass folglich die Einspritzdüse bei hoher Motorleistung auch stärker gekühlt wird als bei niedriger Leistung.
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Das Beispiel nach 3 zeigt eine rein elektrisch arbeitende Ausführung. Hier wird der Kraftstoff mit dem Peltier-Kühler 14 gekühlt. Vorteilhaft sind in dem Peltierkühler wenigstens zwei Peltierelemente vorgesehen, so dass eine gute Anpassung an an die Kraftstoffleitung 23 möglich ist. Der Peltier-Kühler 14 ist wiederum mit einer Steuerung 10 verbunden, die von einem Temperatursensor 11 die der Kraftstofftemperatur entsprechenden Messwerte erhält. Auch hier kann wieder zu jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Temperatur-Sollwert hinterlegt sein. Es ist dann mit Hilfe der Peltierelemente eine genaue Abstimmung der Kraftstofftemperatur auf den jeweiligen Betriebszustand möglich. Wenn die Steuerung 10 so ausgelegt wird, dass eine Umpolung der Stromversorgung der Peltier-Elemente möglich ist. Besteht hier sogar die Möglichkeit, den Kraftstoff während der Kaltstartphase zu heizen.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer doppelwandigen Kraftstoffleitung 15 gezeigt, die hier als Kraftstoffkühler fungiert. Auch dieser Kraftstoffkühler wird mit kaltem Kraftstoff aus dem Tank 1 betrieben. Dazu wird der Kühlkraftstoff wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 vor der Hochdruckpumpe 3 von der Kraftstoffzufuhr 2 abgezweigt und wird über das Regelventil 12 der doppelwandigen Kraftstoffleitung 15 zugeführt.
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Ein schematisierter Schnitt durch die doppelwandige Kraftstoffleitung 15 ist in 5 gezeigt. Der Kühlkraftstoff aus der Kühlmittelzufuhr 8 wird dabei in den Raum zwischen der äußeren Rohrwandung 16 und der inneren Rohrwandung 17 der doppelwandigen Kraftstoffleitung 15 eingespeist. Der heiße unter hohem Druck stehende Betriebskraftstoff für den Betrieb der Brennkraftmaschine wird dagegen durch den Raum innerhalb der inneren Rohrwandung 17 der doppelwandigen Kraftstoffleitung 15 geführt. Auf diese Weise kann die Wärme von dem Betriebskraftstoff ausgezeichnet auf den Kühlkraftstoff übertragen werden.
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Da die Verbindung zwischen dem Raum zwischen innerer 17 und äußerer Wandung 16 der doppelwandigen Kraftstoffleitung 15 und der Kühlmittelabfuhr 9 näher an der Hochdruckpumpe als die Verbindung dieses Raumes mit der Kühlmittelzufuhr 8 angeordnet ist, fließt der Kühlkraftstoff im Gegenstrom zum Betriebskraftstoff. Dadurch ist eine effektive Kühlung des Betriebskraftstoffs gewährleistet. Die Kühlmittelabfuhr 9 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 mit der Rücklaufleitung 6 verbunden, so dass der Kühlkraftstoff nach dem Durchlauf durch die doppelwandige Kraftstoffleitung 15 wieder in den Tank 1 rückgeführt werden kann.
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Ist die Verbindung zwischen Hochdruckpumpe 3 und Common-Rail 4 in ihrer ganzen Länge doppelwandig ausgeführt, ist es hier schwerlich möglich einen Temperatursensor anzubringen, der die Kraftstofftemperatur misst. Aus diesem Grund ist der Temperatursensor 11 bei dieser Ausführungsform an dem Common-Rail 4 angeordnet. Hier lässt sich die Temperatur des Betriebskraftstoffs messen ohne durch die Temperatur des Kühlkraftstoffs verfälscht zu werden. Die Regelung des Kraftstoffkühlers kann ansonsten, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben, vorgenommen werden.
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In den 6 und 7 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Wärmetauschern 7 aufgezeigt wie sie als Kraftstoffkühler zum Einsatz kommen können. Der Wärmetauscher nach 6 weist einen quadratischen Querschnitt auf. In dieser schematischen Schnittzeichnung sind die Kraftstoffkanäle 18 weiß und die Kühlmittelkanäle 19 schraffiert dargestellt. Bei der hier gezeigten Anordnung ist gewährleistet, dass auch in der äußeren Schicht an jeden Kraftstoffkanal 18 wenigstens drei Kühlmittelkanäle angrenzen. Hierzu muss die Anzahl der Kühlkanäle 19 um eins größer sein als die Anzahl der Kraftstoffkanäle 18. In 6 sind deshalb 25 Kühlmittelkanäle 19 und nur 24 Kraftstoffkanäle 18 vorgesehen.
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Der in 7 gezeigte Wärmetauscher weist einen runden Querschnitt auf. Hier ist ein Bündel im Querschnitt ebenfalls runder Kraftstoffführungen 22 vorgesehen, die innerhalb einer größeren, das Bündel umschließenden Kühlmittelleitung 21 angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Kühlmittelleitung 21 praktisch durch das Gehäuse 20 des Wärmetauschers gebildet. Jede Kraftstoffführung 22 ist hier nahezu vollständig von Kühlmittel umgeben.
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Beide Wärmetauscher müssen relativ robust ausgeführt werden, da zwischen dem Kraftstoff und dem Kühlmittel ein sehr hoher Druckunterschied vorherrscht. Bei einzelnen Ausführungsformen wäre es sicher aber auch möglich, das Kühlmedium auf ein ähnliches Druckniveau zu bringen und so einen weniger robusten Wärmetauscher verwenden zu können.
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Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen nur Common-Rail-Systeme, bei denen der Rail-Druck über ein Überdruckventil geregelt wird. Die Erfindung ist selbstverständlich auch auf Common-Rail-Systeme anwendbar, die zusätzlich zu einem regelbaren Überdruckventil oder statt dessen am Eingang des Rails eine Zumesseinheit aufweisen. Die Zumesseinheit hat die Aufgabe, das Rail nur mit der Menge an Kraftstoff zu versorgen, die unter aktuellen Bedingungen gerade benötigt wird. Dadurch lässt sich Leistung einsparen , die ansonsten für den Druckaufbau in nicht benötigtem Kraftstoff verschwendet wird. In diesen Fällen kann sogar eine besonders effektive Kühlung des Kraftstoffs stattfinden, da nur der tatsächlich benötigte Kraftstoff gekühlt werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstofftank
- 2
- Kraftstoffzufuhr
- 3
- Hochdruckpumpe
- 4
- Common-Rail
- 5
- Injektor
- 6
- Rücklaufleitung
- 7
- Wärmetauscher
- 8
- Kühlmittelzufuhr
- 9
- Kühlmittelabfuhr
- 10
- Steuerung
- 11
- Temperatursensor
- 12
- Regelventil
- 13
- Kühler
- 14
- Peltier-Kühler
- 15
- doppelwandige Kraftstoffleitung
- 16
- äußere Rohrwandung
- 17
- innere Rohrwandung
- 18
- Kraftstoffkanäle
- 19
- Kühlmittelkanäle
- 20
- Gehäuse
- 21
- Kühlmittelleitung
- 22
- Kraftstoffführung
- 23
- Kraftstoffleitung