AT6428U1 - Brennkraftmaschine, insbesondere diesel-brennkraftmaschine - Google Patents

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AT6428U1
AT6428U1 AT0036900U AT3692000U AT6428U1 AT 6428 U1 AT6428 U1 AT 6428U1 AT 0036900 U AT0036900 U AT 0036900U AT 3692000 U AT3692000 U AT 3692000U AT 6428 U1 AT6428 U1 AT 6428U1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Einspritzsystem (1) mit zumindest einer Verteilereinspritzpumpe (2), welche Kraftstoff zumindest einem Einspritzventil (4) pro Zylinder zuführt, wobei die Verteilereinspritzpumpe (2) zumindest ein elektromagnetisches oder piezomechanisches Stellglied (6, 6a) zur Fördermengen- und/oder Förderbeginnverstellung aufweist. Um die Leistungsausbeute zu erhöhen und die Emissionen zu vermindern ist vorgesehen, dass die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einspritzventiles (4) unabhängig vom durch die Verteilereinspritzpumpe (2) bereitgestellten Kraftstoffdruck steuerbar sind.

Description


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   Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraft- maschine, mit einem Einspritzsystem mit zumindest einer Verteilereinspritz- pumpe, welche Kraftstoff zumindest einem Einspritzventil pro Zylinder zuführt, wobei die Verteilereinspritzpumpe zumindest ein elektromagnetisches oder piezomechanisches Stellglied zur Fördermengen- und/oder Förderbeginnverstel- lung aufweist. 



  Bei Brennkraftmaschinen dieser Art wird der Kraftstoff von der Verteilereinspritz- pumpe über die Einspritzleitungen unter hohem Druck, in genau dosierter Menge und zu bestimmten Zeitpunkten den direkt in den Zylinder einspritzenden Ein- spritzventilen zugeführt, wobei die Öffnung der Ventilnadeln der Einspritzventile durch Überschreiten eines bestimmten Kraftstoffdruckes in der Einspritzleitung erfolgt. Um die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt an den geforderten Betriebspunkt (Lastpunkt) der Brennkraftmaschine anpassen zu können, weist die Verteilereinspritzpumpe jeweils voneinander unabhängige Stellglieder auf. 



  Allerdings sind der Einspritzratenformung enge Grenzen gesetzt, da das Ein- spritzventil für einen bestimmten Öffnungsdruck eingestellt ist und daher nicht unabhängig von der Druckerzeugung (Pumpendruck und damit Druck in der Ein- spritzleitung) geöffnet werden kann. Des weiteren sind die Anzahl und die Zeit- punkte pro Arbeitszyklus limitiert und prinzipbedingt an die kinematischen Rand- bedingungen - vorgegeben durch die Einspritznockengeometrie - gebunden. 



  Dies wirkt sich nachteilig auf die Leistung und die Emissionen der Brennkraft- maschine aus. Ein Einspritzsystem dieser Art ist aus der US 5,345,916 A be- kannt. 



  Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Leistung zu steigern und die Emissionen zu verbessern. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Öffnungs- und Schliesszeit- punkte des   Einspritzventiles   unabhängig vom durch die Verteilereinspritzpumpe bereitgestellten Kraftstoffdruck steuerbar sind. Neben einer wesentlichen Leis- tungssteigerung und Emissionsverbesserung ergibt sich der Vorteil, dass das Verbrennungsgeräusch vermindert wird. Weiters kann vorgesehen sein, dass die Öffnungs- und/oder Schliesscharakteristik des Einspritzventiles variierbar ist. Eine 

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 einfache Veränderung der Öffnungs- und Schliesscharakteristik, das heisst, des 
Strömungsquerschnittes über der Zeit, ist insbesondere bei Verwendung einer piezomechanischen Betätigungseinrichtung möglich.

   Das unabhängig vom Pum- pendruck betätigbare Einspritzventil ermöglicht es, den Einspritzzeitpunkt sowie die Einspritzmenge weitgehend frei zu gestalten, insbesondere dann, wenn in der 
Einspritzleitung zwischen Verteilereinspritzpumpe und Einspritzventil ein vorbe- stimmter Standdruck zwischen den Einspritzungen gehalten werden kann. Die 
Einstellung des Standdruckes erfolgt vorteilhafterweise über das Stellglied. Das 
Standdruckniveau in der Einspritzleitung wird dabei von der Zeitdauer der Pum- pennachförderung bei schon geschlossenem Einspritzventil - nach Ende der 
Haupteinspritzung - bestimmt. Unabhängig von den durch den Einspritznocken vorgegebenen kinematischen Randbedingungen können damit mehrere Einsprit- zungen zu beliebigen Zeitpunkten durch Betätigen des Einspritzventiles realisiert werden. 



  Somit können Vor- oder Nacheinspritzungen während des gesamten Arbeitszyk- lus unabhängig vom Einspritznockenhub durchgeführt werden. 



  Das Einspritzventil kann entweder elektromagnetisch oder piezomechanisch, di- rekt - das heisst, die Betätigungseinrichtung wirkt mechanisch auf die Düsen- nadel - oder indirekt - das heisst, durch eine servohydraulisch gesteuerte Bewe- gung der Düsennadel - betätigbar sein. 



  Die Verteilereinspritzpumpe kann als Axial- oder als Radialkolbenpumpe ausge- führt sein. 



  Um den Standdruck im Einspritzsystem halten zu können, ist im Strömungsweg zwischen der Verteilereinspritzpumpe und jeder Einspritzdüse ein Rückschlag- ventil angeordnet. Die Einstellung des Standdruckes ist somit auch vom Öff- nungsdruck des Rückschlagventiles abhängig. 



  Das jeweilige Volumen in der Einspritzleitung zwischen dem Rückschlagventil und dem Einspritzventil und das Volumen im Einspritzventil zwischen dem Druckan- schluss und der Einspritzdüse stellt für jeden einzelnen Zylinder einen Druck- speicher dar, der den Einspritzdruck für Vor- und Nacheinspritzungen und ge- gebenenfalls für die anfängliche Haupteinspritzung zur Verfügung stellt. 



  Prinzipbedingt ist daher die Anzahl der Vor- und Nacheinspritzungen pro Arbeits- zyklus durch das Volumen dieses Druckspeichers begrenzt. 

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 abgesenkt. Durch die Voreinspritzung 10 des nächsten Einspritzzyklus wird der 
Standdruck P1 um ein weiteres Ap2 auf p2 vermindert. Während des Anfangsbe- reiches 11 der Haupteinspritzung 12 kommt es zu einer weiteren Druckabsen- kung um   #P3   auf den Standdruck P3. Einspritzungen ausserhalb des Pumpenför- derzeitraumes sind daher hinsichtlich der Einspritzmenge Ve und der Anzahl der 
Einspritzungen pro Einspritzzyklus durch das Volumen limitiert, das durch den 
Strömungsweg zwischen dem Rückschlagventil 5 und der Einspritzdüse 9 gebil- det wird. Das Einspritzventil 4 kann durch einen herkömmlichen Common-Rail- Injector gebildet werden. 



   Eine Haupteinspritzung 12 entsprechend Fig. 2 lässt sich durchführen, indem die Einspritzung mit dem Einspritzventil 4 initiiert wird, bevor die Pumpenförderung beginnt. Die damit erzielte gestufte Einspritzrate im Anfangsbereich 11 der Haupteinspritzung 12 lässt sich über die Zeitdifferenz der Bestromung der elek- tromagnetischen oder piezomechanischen Betätigungseinrichtung 7 und des elektromagnetischen oder piezomechanischen Stellgliedes 6,6a variieren. In Fig. 4 ist dazu das Stromsignal I, der Betätigungseinrichtung 7 des Einspritzven- tiles 4 und das Stromsignal Ip des Stellgliedes 6 der Verteilereinspritzpumpe 2 über der Zeit t aufgetragen. Die anfänglich kleine Rate ist dabei von der Öff- nungsquerschnitt-Zeit-Funktion des Einspritzventils 4, zu Beginn vom Druck- niveau p2 und anschliessend vom nachfolgenden Druckabfall bestimmt.

   Der Druckabfall   #P3   hängt von der Zeitdauer der anfänglich kleinen Rate bzw. Zeit- differenz der Bestromung ab. Im weiteren Verlauf der Haupteinspritzung 12 steigt nach Bestromung des Stellgliedes 6 der Verteilereinspritzpumpe 2 nach kurzer Zeit der Einspritzdruck p im Düsenraum der Einspritzdüse 9 des Einspritz- ventiles 4 an und die Einspritzrate nimmt rasch zu. 



  Für die Formung der Haupteinspritzung 12 ergeben sich aber auch andere Mög- lichkeiten : Durch geänderte Betätigungszeitpunkte des Stellgliedes 6 und der Betätigungseinrichtung 7 kann eine anfänglich sehr steile Einspritzrate realisiert werden, nämlich indem der Förderbeginn der Verteilereinspritzpumpe 2 vor den Einspritzbeginn des Einspritzventiles 4 gelegt wird. Es kommt zu einer "Vorspan- nung" des Kraftstoffes, wodurch sich ein Einspritzverlauf mit steiler Anfangs- flanke (ähnlich wie bei herkömmlichen Verteilereinspritzsystemen mit sehr ho- hem Düsenöffnungsdruck) verwirklichen lässt. Die anfängliche Rate der Haupt- einspritzung 12 lässt sich somit in weiten Grenzen steuern, nämlich von ge- stuften über einen rampenförmigen bis hin zu einem sehr steilen anfänglichen Ratenverlauf (boot, ramp, square). 

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  Gegen Ende der Haupteinspritzung 12 wird wiederum durch den Betätigungszeit- punkt des Stellgliedes 6 und der Betätigungseinrichtung 7 das Spritzende form- bar. Durch früheres Schliessen der Düsennadel 8 mittels der Betätigungseinrich- tung 7 lässt sich ein schnelles Spritzende realisieren. Wie bereits beschrieben, wird durch den Schliesszeitpunkt des Stellgliedes 6 das Standdruckniveau po für den nachfolgenden Arbeitszyklus bzw. für die Nacheinspritzung 13 bestimmt. 



  Somit lässt sich mit dem beschriebenen Einspritzsystem 1 auf sehr einfache Weise ein schnelles Spritzende der Haupteinspritzung 12 und ein variabler Standdruck po realisieren. 



  Die mit der gegenständlichen Erfindung erzielten Funktionen   #   Mehrfach-Voreinspritzungen bei niedrigem, wählbaren Druckniveau,   #   Mehrfach-Nacheinspritzungen bei niedrigem, wählbaren Druckniveau und   #   Ratenformungsmöglichkeit für die Haupteinspritzung haben zum Ziel, eine Drehmomentsteigerung zu erreichen und das Geräusch, sowie die Emissionen abzusenken. Insbesondere kann durch das niedrige Druck- niveau für die Vor- und Nacheinspritzung eine geringere Strahleindringtiefe - zur Vermeidung von Schmierölverdünnung, verursacht bei sehr frühen Vor- oder sehr späten Nacheinspritzungen durch Benetzung der Zylinderwände mit Kraft- stoff - und eine kleinere Mengenstreuung erzielt werden. 



  Weiters kann mit sehr geringem Aufwand eine Nacheinspritzung 13 für einen unterstöchiometrischen Betrieb - etwa während der Regenerationsphase eines NOx-Adsorbers - durchgeführt werden.

Claims (10)

  1. ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine, insbesondere Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem Einspritzsystem (1) mit zumindest einer Verteilereinspritzpumpe (2), welche Kraftstoff zumindest einem Einspritzventil (4) pro Zylinder zuführt, wobei die Verteilereinspritzpumpe (2) zumindest ein elektromagnetisches oder piezomechanisches Stellglied (6,6a) zur Fördermengen- und/oder Förder- beginnverstellung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs- und Schliesszeitpunkte des Einspritzventiles (4) unabhängig vom durch die Verteilereinspritzpumpe (2) bereitgestellten Kraftstoffdruck steuerbar sind.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs- und/oder Schliesscharakteristik des Einspritzventiles (4) variierbar ist.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg zwischen Verteilereinspritzpumpe (2) und Einspritz- düse (5) ein Standdruck (po, P1, p2, P3) zwischen den Einspritzungen haltbar ist.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Standdruck (po, P1, P2, p3) über das Stellglied (6,6a) einstellbar ist.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Strömungsweg zwischen Verteilereinspritzpumpe (2) und Einspritzdüse (9) ein Rückschlagventil (5) angeordnet ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Einspritzventil (4) elektromagnetisch betätigbar ist.
  7. 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Einspritzventil (4) piezomechanisch betätigbar ist.
  8. 8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Einspritzventil (4) servohydraulisch betätigbar ist.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verteilereinspritzpumpe (2) als Axialkolbenpumpe aus- gebildet ist. <Desc/Clms Page number 7>
  10. 10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verteilereinspritzpumpe (2) als Radialkolbenpumpe aus- gebildet ist.
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