DE102006039523A1

DE102006039523A1 - Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102006039523A1
Application number: DE102006039523A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Atzler; Oliver Dr. Kastner; Andreas Weigand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US20090272823A1; WO2008022971A1; EP2057367A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, insbesondere eines Piezoinjektors. Die in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge wird dabei durch eine mechanische ansteuerbare Injektornadel eingestellt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge hängt dabei von der durch die Injektornadel einstellbaren Druckdifferenz zwischen Spritzlocheintritt und Spritzlochaustritt ab.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs 1.
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem so genannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die Kraftstoffzuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren. Für verschiedene Fahrzustände werden unterschiedliche Eigenschaften von diesen Systemen gefordert, um Schadstoffemissionsgrenzen, Kraftstoffverbrauchsminimierung und auch Langlebigkeit des Systems und damit des Fahrzeugs zu gewährleisten. Vor allem im Teillastbereich hat es sich als wirkungsvoll erwiesen, über eine oder mehrere Voreinspritzungen die Gemischbildung positiv zu beeinflussen und damit die Emission zu verbessern.
Die Anforderung an die Injektorgeometrie ist für Nennleistung und Teillast gegensätzlich. Injektoren mit hohen Durchflusszahlen für hohe Leistungen sind für eine gute Gemischbildung in der Teillast von Nachteil. Außerdem ist bei Einspritzungen sehr weit vor oder nach dem oberen Totpunkt eine Benetzung der Wand zu vermeiden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass über kleine Voreinspritzmengen mit kleinen zeitlichen Abständen zur Haupteinspritzung eine Wandanlagerung vermieden werden kann. Dabei unterliegt die Minimalmenge, die eingespritzt werden kann und deren Eindringtiefe in den Brennraum, nach wie vor bestimmten Grenzen, die vom Einspritzdruck abhängen.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine genauere Dosierung der Einspritzmenge, eine Minimierung der Einspritzmenge und gleichzeitig eine Wiederholbarkeit des Einspritzvorgangs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass unterschiedliche Einspritzdrücke realisiert werden können. Die in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffmenge und deren Zerstäubung hängt unmittelbar von der Druckdifferenz zwischen Spritzlocheintritt und Spritzlochaustritt ab und nicht direkt vom Systemdruck in der Zuleitung des Injektors.
Die Einspritzdrücke können dabei durch die angesteuerte Injektornadel für jede einzelne Einspritzung variiert werden, als auch bei Mehrfacheinspritzungen. Dabei kann der Spritzlocheintrittsdruck über die Drosselung am Nadelsitz des Einspritzventils in gewissen Grenzen eingestellt werden. Diese Grenzen werden auf der einen Seite durch den maximal möglichen Nadelhub, auf der anderen Seite durch die am Nadelsitz auftretende Kavitation und den damit verbundenen Verschleiss gesetzt, der abhängig vom eingesetzten Material ist. Der Spritzlocheintrittsdruck hängt dabei vom Öffnungsquerschnitt des Drosselspalts ab. Je größer dieser Öffnungsquerschnitt ist, umso höher ist der Spritzlocheintrittsdruck.
Das Einstellen des Drosselspalts erfolgt über einen einstellbaren Hub der Injektornadel. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Injektornadeln mechanisch direkt anzusteuern. Durch den steuerbaren Nadelhub werden die Spritzlocheintrittsdrücke bestimmt und dadurch wird es ermöglicht, dass die Strahleindringtiefe sowie die Gemischbildung individuell für jede Einspritzung optimiert werden kann. Dies ist insofern vorteilhaft, als dadurch eine Benetzung der Zylinderwand mit Kraftstoff sowohl bei sehr frühen als auch bei sehr späten Einspritzungen mit Kraftstoff vermieden werden kann. Wei terhin können aufgrund des reduzierten Spritzlocheintrittsdrucks im Sackloch Druckschwingungen im Einspritzsystem, die durch Mehrfacheinspritzungen hervorgerufen werden, kompensiert werden. Auch werden durch die steuerbare Sitzdrosselung neue Einspritzverlaufsformungen, wie z.B. Boot oder Ramp, möglich.
Die Ansteuerung des Nadelhubs beeinflusst auch die Strömungsverhältnisse innerhalb des Sacklochs, so dass eine Reinigung des Spritzlochs aufgrund der Erhöhung der Turbulenzen oder Kavitation im Spritzloch ermöglicht wird. Weiterhin wird aufgrund der höheren Turbulenz innerhalb des Sacklochs eine höhere Zerstäubung des Kraftstoffs im Brennraum und damit eine bessere Gemischbildung ermöglicht.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: den Druckverlauf am Spritzlocheintritt abhängig vom Raildruck bei unterschiedlichen Nadelhüben
2: eine schematische Skizze eines Injektors, insbesondere des Sacklochs mit Injektornadel
1 zeigt den Druckverlauf am Spritzloch abhängig vom Raildruck bei 4 unterschiedlichen Nadelhüben.
Der Spritzlocheintrittsdruck p_S^– ist in vertikaler und der Raildruck p_R in horizontaler Richtung aufgetragen. Weiterhin zeigen die Kurvenverläufe 1 bis 4 den jeweiligen Verlauf für unterschiedliche Nadelhubwerte. Kurve 1 entspricht dabei dem größten und Kurve 4 dem kleinsten Nadelhub.
Der Spritzlocheintrittsdruck p_S ist dabei umso größer, je größer der Nadelhub ist. Er ist dabei aber niedriger als der Raildruck p_R zum gleichen Zeitpunkt.
2 zeigt eine schematische Skizze eines Injektors, insbesondere des Sacklochs mit Injektornadel. Der Injektor besteht in dieser Darstellung aus einer Injektornadel 1, die mechanisch angetrieben wird (in der Zeichnung nicht dargestellt), einem Sackloch 2 und mindestens einer Austrittsöffnung 5 zum Brennraum. Zwischen der Innenwand 6 des Injektors und der Injektornadel 1 bildet sich ein einstellbarer Drosselspalt 3 aus. In der Kraftstoffzuleitung 4 herrscht der am Rail (in der Zeichnung nicht dargestellt) anliegende Systemdruck.
Die Injektornadel 1 wird nun vorzugsweise mechanisch angetrieben. Beispielhaft bewegt sich die Injektornadel in vertikaler Richtung nach unten. Aufgrund dieser Bewegung nach unten verringert sich der Öffnungsquerschnitt des Drosselspalts 3. Der Raildruck in der Kraftstoffzuleitung 4 bleibt dabei aber immer annähernd konstant. Der Spritzlocheintrittsdruck hingegen nimmt mit immmer kleinerem Öffnungsquerschnitt des Drosselspalts 3 ab. Der Kraftstoff wird über die Austrittsöffnung 5 nun in den Brennraum (in der Zeichnung nicht dargestellt) eingespritzt. Dabei ist die Kraftstoffeinspritzmenge in den Brennraum umso höher, je höher die Druckdifferenz zwischen Spritzlocheintritt und Spritzlochaustritt ist.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, unter Verwendung eines Injektors, mit einem Spritzloch und einem Injektorsackloch, sowie einer Injektornadel, die mir einer Innenwand des Injektors einen Drosselspalt definiert, der durch die Injektornadel des Injektors und die Innenwand des Injektors definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadel zur einstellbaren Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Drosselspalts derart angesteuert wird, dass ein definierter Spritzlocheintrittsdruck innerhalb eines bestimmten Grenzbereichs erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzbereich des Spritzlocheintrittsdrucks durch den Nadelhub und/oder Kavitation und/oder Materialqualität bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektornadel mechanisch direkt angetrieben wird.