DE102008025550A1

DE102008025550A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Substanzen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102008025550A1
Application number: DE102008025550A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr. Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen von Substanzen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors beschrieben. Bei dem Verfahren und der Vorrichtung wird der Einspritzvorgang so gesteuert, dass er nur in einem Zeitfenster durchgeführt wird, das mit dem Erreichen eines ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors nach dem Öffnen eines Auslassventils desselben beginnt und mit dem Öffnen des Auslassventils endet. Dadurch lässt sich eine besonders genaue Dosierung der Einspritzmenge erzielen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Substanzen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors.
Es ist beispielsweise bekannt, im Abgas von Dieselbrennkraftmaschinen enthaltene Rußpartikel in Partikelfiltern zu sammeln und zur Regeneration des Partikelfilters vor dem Partikelfilter in dosierter Menge Kraftstoff in das Abgassystem der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Ein solches Verfahren ist in der DE 10 2005 046 070 A1 beschrieben. Hierbei wird Kraftstoff aus einem Niederdruckkreislauf eines Einspritzsystems über eine Zulaufleitung in eine Dosiereinheit geführt. Aus der Dosiereinheit wird der Kraftstoff über eine weitere Zulaufleitung in eine Einspritzdüse geführt. Die Einspritzdüse ist an einem Gehäuseteil des Abgassystems angebracht. Im Abgassystem ist stromabwärts der Einspritzdüse eine Abgasreinigungsanlage vorgesehen, die neben einem Katalysator zumindest einen Partikelfilter aufweist. Die Einspritzdüse spritzt zur Regeneration des Partikelfilters Kraftstoff in das Abgassystem ab. Die Verbrennung des Kraftstoffs im Abgassystem bewirkt eine Temperaturerhöhung im Partikelfilter, so dass die im Partikelfilter gesammelten Rußpartikel verbrennen können, wodurch der Partikelfilter regeneriert wird.
Über den Zeitpunkt bzw. Zeitraum des Einspritzens des Kraftstoffs sind in dieser Veröffentlichung keine Angaben gemacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einspritzen von Substanzen, insbesondere von Kraftstoff, in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, mit dem eine besonders genaue Dosierung der Einspritzmenge möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Einspritzvorgang so gesteuert wird, dass er nur in einem Zeitfenster durchgeführt wird, das mit dem Erreichen eines ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors nach dem Öffnen eines Auslassventils desselben beginnt und mit dem Öffnen des Auslassventils endet.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass es aufgrund des stark schwankenden Einspritzgegendrucks im Abgasstrang schwierig ist, eine genaue Dosierung der Einspritzmenge zu erreichen. Insbesondere wirkt sich auf eine genaue Dosierung der Einspritzmenge nachteilig aus, dass der Druck im Abgasstrang beim Öffnen eines Auslassventils stark ansteigt und erst nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne wieder abfällt und Normaldruck erreicht. Innerhalb dieser Zeitspanne ist daher der Einspritzgegendruck sehr hoch, so dass sich Probleme hinsichtlich einer genauen Dosierung der Einspritzmenge sowie einer schlechteren Gemischaufbereitung ergeben bzw. der Differenzdruck zwischen Injektor-Eingang und Ausgang (Abgasstrang) eine Minimalgrenze unterschreiten kann. Erfindungsgemäß soll daher dieses Zeitfenster zwischen dem Öffnen des Auslassventils und Ablauf einer Zeitspanne nach dem Öffnen des Auslassventils für die Einspritzung gesperrt werden.
Erfindungsgemäß wird daher der Einspritzvorgang so durchgeführt, dass er nur außerhalb des vorstehend genannten Zeitfensters stattfindet. Dabei liegt dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gedanken zugrunde, die Einspritzung mit dem Auslasstakt des Verbrennungsmotors zu synchronisieren. Dabei wird erfindungsgemäß der Einspritzvorgang so gesteuert, das er nur in einem Zeitfenster durchgeführt wird, das mit dem Erreichen eines ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors nach dem Öffnen eines Auslassventils desselben beginnt und mit dem Öffnen des Auslassventils endet, d. h. in einem Zeitfenster, das außerhalb des vorstehend erläuterten gesperrten Zeitfensters liegt. Der Beginn des für die Einspritzung zur Verfügung stehenden Zeitfensters wird dabei durch das Erreichen eines bestimmten Kurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors (hier als erster Grenzkurbelwellenwinkel bezeichnet) erfasst. Dieser erste Grenzkurbelwellenwinkel des Verbrennungsmotors wird vorher definiert, beispielsweise mit 30°KW nach dem Öffnen des Auslassventils, und entspricht einem Zeitpunkt, in dem der durch das Öffnen des Auslassventils massiv erhöhte Druck im Abgasstrang wieder einen eine zuverlässige und genaue Dosierung der Einspritzmenge ermöglichenden niedrigen Normaldruck erreicht, bei dem ein niedriger Differenzdruck zwischen Injektoreingang und Injektorausgang aufgrund des hohen Einspritzgegendrucks vermieden wird.
Da die Einspritzung daher erfindungsgemäß nur in einem solchen Zeitfenster durchgeführt wird, in dem der Einspritzgegendruck im Wesentlichen konstant ist, kann eine genaue Dosierung der Einspritzmenge erfolgen und ist eine besonders gute Gemischaufbereitung durch Vermeidung eines niedrigen Differenzdrucks wegen erhöhtem Abgasgegendruck möglich.
Die Einspritzung findet daher ab dem Erreichen eines ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors nach dem Öffnen eines Auslassventils desselben statt. Bei einem Vierzylindermotor finden daher vier Einspritzvorgänge jeweils ab dem Erreichen des ersten Grenzkurbelwellenwinkels nach dem Öffnen des Auslassventils des entsprechenden Zylinders statt.
Die Anzahl der Einspritzvorgänge richtet sich daher nach der Anzahl der Auslassventile.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Einspritzung mit dem Erreichen des ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors begonnen.
Die Einspritzung wird vorzugsweise über eine Einspritzzeit durchgeführt, die in Abhängigkeit von einer Solleinspritzmenge ermittelt wird. Diese Solleinspritzmenge kann beispielsweise aus der benötigten Abgastemperatur für die Partikelfilterregeneration berechnet werden.
Zweckmäßigerweise wird der Einspritzvorgang so gesteuert, dass die Einspritzung vor bzw. bei Erreichen eines zweiten Grenzkurbelwellenwinkel vor dem Schließen des Auslassventils beendet wird. Hierbei kann die Einspritzung zu einem Zeitpunkt begonnen werden, der dem Zeitpunkt des Erreichens des zweiten Grenzkurbelwellenwinkels minus der der berechneten Solleinspritzzeit entsprechenden Kurbelwellenwinkeldifferenz entspricht.
Bei Festlegung eines zweiten Grenzkurbelwellenwinkels wird die Einspritzung in dem Zeitfenster zwischen dem ersten und zweiten Grenzkurbelwinkel durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, die eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Substanzen, insbesondere von Kraftstoff, in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors aufweist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner die folgenden Bestandteile umfasst:
einen ersten Sensor zum Ermitteln des Kurbelwinkels des Verbrennungsmotors;
einen zweiten Sensor zum Ermitteln des Öffnungszeitpunktes eines Auslassventils des Verbrennungsmotors; und
eine Steuervorrichtung, die die Signale des ersten Sensors und zweiten Sensors empfängt, aus dem von ersten Sensor empfangenen Signal einen Kurbelwellenwinkel berechnet, diesen mit einem vorgegebenen ersten Grenzkurbelwellenwinkel vergleicht und die Einspritzvorrichtung so ansteuert, dass der Einspritzvorgang in dem Zeitfenster zwischen dem Erreichen des ersten Grenzkurbelwinkels nach dem Öffnen des Auslassventils und dem Öffnen des Auslassventils durchgeführt wird. Vorzugsweise steuert dabei die Steuervorrichtung die Einspritzvorrichtung so an, dass der Einspritzvorgang bei Erreichen des ersten Grenzkurbelwinkels begonnen wird. Die Einspritzvorrichtung kann dabei so angesteuert werden, dass die Einspritzung über eine in Abhängigkeit von einer Solleinspritzmenge ermittelte Einspritzzeit durchgeführt wird.
In Weiterbildung der Erfindung steuert die Steuervorrichtung die Einspritzvorrichtung so an, dass die Einspritzung bei Erreichen eines zweiten Grenzkurbelwellenwinkels beendet wird.
Sensoren zum Ermitteln des Kurbelwinkels und zum Ermitteln des Öffnungszeitpunktes von Auslassventilen von Verbrennungsmotoren sind bekannt und müssen daher an dieser Stelle nicht mehr im Einzelnen beschrieben werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benutzt die von diesen Sensoren abgegebenen Signale zur Festlegung des Zeitfensters, in dem der Einspritzvorgang stattfindet, bzw. des Zeitpunktes, bei dem der Einspritzvorgang begonnen wird. Bei dem ersten Grenzkurbelwellenwinkel handelt es sich um einen vorgegebenen Wert, der beispielsweise 30° ab Öffnen des Auslassventils betragen kann. Nach dem Erreichen dieses Grenzwertes bzw. bei Erreichen desselben wird der Einspritzvorgang durchgeführt. Hierdurch wird die gewünschte genaue Dosierung der Einspritzmenge mit guter Spray-Qualität erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Verbrennungsmotors mit einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Abgasstrang.
In der Figur ist schematisch bei 1 ein Dieselmotor mit vier Zylindern dargestellt. Der Motor ist mit einem Einlasskrümmer 2 versehen, der für jeden Zylinder ein Einlassventil 3 aufweist. Ein Abgasstrang 4 weist für jeden Zylinder ein Auslassventil 5 auf. Im Abgasstrang 4 befindet sich ein Partikelfilter 10. Zum Regenerieren dieses Partikelfilters 10 wird über eine Einspritzvorrichtung 6 Kraftstoff in den Abgasstrang eingespritzt.
Des Weiteren weist der Verbrennungsmotor 1 einen schematisch bei 8 gezeigten Kurbelwellenwinkelsensor sowie schematisch bei 9 gezeigte Auslassventilöffnungssensoren auf. Diese Sensoren sind über Signalleitungen mit einer Steuervorrichtung 7 verbunden, die die Einspritzvorrichtung 6 ansteuert.
Die Einspritzvorrichtung 6 spritzt eine vorgegebene Kraftstoffmenge in den Abgasstrang 4 ein, um den Partikelfilter 10 zu regenerieren, wobei durch die Verbrennung des Kraftstoff im Abgasstrang eine Temperaturerhöhung im Partikelfilter 10 bewirkt wird, so dass die im Partikelfilter gesammelten Rußpartikel abbrennen können. Dabei wird der entsprechende Einspritzvorgang so durchgeführt, dass die Einspritzung mit dem Erreichen eines ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors 1 begonnen wird. Dieser erste Grenzkurbelwellenwinkel ist mit beispielsweise 30° nach dem Öffnen des Auslassventils 5 des zugehörigen Zylinders des Verbrennungsmotors definiert. Um diesen Zeitpunkt festzustellen, sendet der Kurbelwellenwinkelsensor 8 permanent Signale an die Steuervorrichtung 7, aus denen von dieser Kurbelwellenwinkel berechnet werden. Diese Kurbelwellenwinkel werden mit dem vorgegebenen Grenzkurbelwellenwinkel von 30° verglichen. Wenn der gemessene Kurbelwellenwinkel nach dem Öffnen des Auslassventils 5, das über den zugehörigen Sensor 9 der Steuervorrichtung 7 mitgeteilt worden ist, den Grenzkurbelwellenwinkel von 30° erreicht hat, gibt die Steuervorrichtung 7 ein entsprechendes Signal an die Einspritzvorrichtung 6 zum Beginn des Einspritzvorganges. Die Einspritzvorrichtung 6 spritzt dann über eine vorgegebene Zeitdauer (Solleinspritzzeit) eine vorgegebene Kraftstoffmenge in den Abgasstrang 4 ein, um den Partikelfilter 10 zu regenerieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005046070 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Einspritzen von Substanzen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzvorgang so gesteuert wird, dass er nur in einem Zeitfenster durchgeführt wird, das mit dem Erreichen eines ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors nach dem Öffnen eines Auslassventils desselben beginnt und mit dem Öffnen des Auslassventils endet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzvorgang mit dem Erreichen des ersten Grenzkurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung über eine Einspritzzeit durchgeführt wird, die in Abhängigkeit von einer Solleinspritzmenge ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzvorgang so gesteuert wird, dass die Einspritzung vor bzw. bei Erreichen eines zweiten Grenzkurbelwellenwinkels vor dem Schließen des Auslassventils beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung zu einem Zeitpunkt begonnen wird, der dem Zeitpunkt des Erreichens des zweiten Grenzkurbelwellenwinkels minus der der berechneten Solleinspritzzeit entsprechenden Kurbelwellenwinkeldifferenz entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung in dem Zeitfenster zwischen dem ersten und zweiten Grenzkurbelwellenwinkel durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Substanzen in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: einen ersten Sensor (8) zum Ermitteln des Kurbelwellenwinkels des Verbrennungsmotors (1); einen zweiten Sensor (9) zum Ermitteln des Öffnungszeitpunktes eines Auslassventils (5) des Verbrennungsmotors (1); und eine Steuervorrichtung (7), die die Signale des ersten Sensors (8) und zweiten Sensors (9) empfängt, aus dem vom ersten Sensor (8) empfangenen Signal einen Kurbelwellenwinkel berechnet, diesen mit einem vorgegebenen ersten Grenzkurbelwellenwinkel vergleicht und die Einspritzvorrichtung (6) so ansteuert, dass der Einspritzvorgang in dem Zeitfenster zwischen dem Erreichen des ersten Grenzkurbelwellenwinkels nach dem Öffnen des Auslassventils (5) und dem Öffnen des Auslassventils (5) durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (7) die Einspritzvorrichtung (6) so ansteuert, dass der Einspritzvorgang bei Erreichen des ersten Grenzkurbelwellenwinkels begonnen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (7) die Einspritzvorrich tung (6) so ansteuert, dass die Einspritzung über eine in Abhängigkeit von einer Solleinspritzzeit ermittelte Einspritzzeit durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (7) die Einspritzvorrichtung (6) so ansteuert, dass die Einspritzung bei Erreichen eines zweiten Grenzkurbelwellenwinkels beendet wird.