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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff
gemäß Patentanspruch
1 und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Abgassystem
gemäß Patentanspruch
9.
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Im
Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, bei denen insbesondere
Dieselkraftstoff in ein Abgassystem eingeleitet wird, um die Abgase
nachzubehandeln, insbesondere in Verbindung mit einem Partikelfilter.
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Die
Einspritzung in das Abgassystem wird beispielsweise über Nacheinspritzungen
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgeführt. In einer weiteren Ausführung wird
Dieselkraftstoff über separate
Einspritzventile direkt in das Abgassystem eingespritzt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung
und ein verbessertes Verfahren zum Einleiten von Kraftstoff in ein
Abgassystem bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch
die Vorrichtung gemäß Patentanspruch
1 und durch das Verfahren gemäß Patentanspruch
9 gelöst.
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Ein
Vorteil der beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens
besteht darin, dass eine kostengünstige
Vorrichtung bereitgestellt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass
das Ventil am Kraftstoffspeicher, das zur Abführung vom Kraftstoff zurück in den
Kraftstofftank vorgesehen ist, zusätzlich zur Zuführung von
Kraftstoff in das Abgassystem verwendet wird. Damit werden zusätzliche
Bauteile wie z. B. separate Einspritzventile eingespart und zudem
wird reiner Kraftstoff ohne eine Verschmutzung über den Weg durch einen Zylinder
der Brennkraftmaschine für
das Abgassystem bereitge stellt. Zudem wird aufgrund dieser Anordnung
der Bauraum des Einspritzsystems klein gehalten.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Ventil, über das
der Kraftstoff vom Kraftstoffspeicher abgeführt wird, als Druckregelventil
ausgebildet. Damit kann über
das Ventil der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher geregelt werden
und zusätzlich
Kraftstoff für
die Zuleitung in das Abgassystem bereitgestellt werden. In einer
weiteren Ausführungsform
ist zwischen dem Ventil am Kraftstoffspeicher und dem Abgassystem ein
weiteres Ventil vorgesehen. Das weitere Ventil dient insbesondere
dazu, die Zuführung
des Kraftstoffs in das Abgassystem zu steuern. Somit kann die Zuführung des
Kraftstoffes zum Abgassystem unabhängig von der Abführung des
Kraftstoffes aus dem Kraftstoffspeicher durchgeführt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das weitere Ventil als einfaches Rückschlagventil ausgebildet.
Somit ist eine einfache kostengünstige
Lösung bereitgestellt,
die verhindert, dass Abgase in die Leitung des Ventils gelangen
können.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das weitere Ventil als hydraulisches Ventil ausgebildet, das
abhängig
vom Kraftstoffdruck die Zuführung
des Kraftstoffs zum Abgassystem steuert. Somit kann beispielsweise
die Zuführung
von Kraftstoff bei einem hohen Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher
unterbunden werden.
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Bei
mittlerem und großem
Kraftstoffdruck erfolgt die Regelung des Kraftstoffdruckes im Normalbetrieb über den
zugeführten
Volumenstrom. Sofern in diesem Betriebsbereich der Bedarf zur Einspritzung
von Kraftstoff in das Abgassystem besteht, wird vorgeschlagen, auf
eine Druckregelung umzuschalten. Diese erfolgt durch das Ventil, über das
der Kraftstoff vom Kraftstoffspeicher abgeführt wird. Die Absteuermenge
kann dann dem Abgassystem zugeführt
werden, sodass das Druckregelventil am Kraftstoffspeicher gleichzeitig
als Dossierventil für
die Zuführung
von Kraftstoff in das Abgassystem verwendet werden kann.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das weitere Ventil als steuerbares Ventil ausgebildet, das die
Steuerung der Zuführung
des Kraftstoffs in das Abgassystem ausführt.
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Eine
einfache zuverlässige
Ausführungsform des
weiteren Ventils wird in Form eines Schieberventils ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein zusätzliches
Ventil zwischen dem Abgassystem und dem Ventil vorgesehen, wobei
das zusätzliche
Ventil als steuerbares Ventil ausgebildet ist.
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Das
zusätzliche
Ventil kann mit oder ohne dem weiteren Ventil vorgesehen sein.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil
und einem Abgassystem und
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2 in
einer schematisch vergrößerten Darstellung
ein hydraulisches weiteres Ventil.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine 5,
insbesondere für
eine Dieselbrennkraftmaschine. Es ist ein Kraftstofftank 1 vorgesehen,
der über
eine Leitung mit einer Kraftstoffpumpe 2 und mit einem Kraftstoffspeicher 3 in
Verbindung steht. Der Kraftstoffspeicher 3 ist an mindestens
ein Einspritzventil 4 angeschlossen, das einen Brennraum
der Brennraummaschine 5 mit Kraftstoff versorgt. Die Brennkraftmaschine 5 weist
ein Abgassystem 6 mit einem Partikelfilter 7 auf.
Abhängig
von der verwendeten Ausführungsform
kann auch auf den Partikelfilter 7 verzichtet werden. Weiterhin
ist ein Druckriegelventil 8 am Kraftstoffspeicher 3 angeschlossen,
das mit einer Ableitung 9 verbunden ist. In der Ableitung 9 kann ein
weiteres Ventil 12 vorgesehen sein. Im weiteren Ventil 12 verzweigt
sich die Ableitung 9 in eine Zuleitung 10, die
zum Abgassystem 6 geführt
ist, und in eine Rückleitung 11,
die zum Kraftstofftank 1 zurückgeführt ist. Abhängig von
der verwendeten Ausführungsform
kann im Einmündungsbereich
der Zuleitung 10 zum Abgassystem 6 ein Rückschlagventil 13 vorgesehen
sein. Weiterhin kann zwischen dem weiteren Ventil 12 und
dem Abgassystem 6 ein Regelventil 14 vorgesehen
sein. Zudem ist ein Steuergerät 15 vorgesehen,
das mit dem Druckregelventil 8, dem Regelventil 14 und
dem Einspritzventil 4 über
Steuerleitungen verbunden ist. Weiterhin sind Sensoren 16 an
der Brennkraftmaschine oder am Fahrzeug vorgesehen, über die
Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs
erfasst werden. In Abhängigkeit
von den Betriebsparametern steuert das Steuergerät 15 die Einspritzung
des Kraftstoffs über
das Einspritzventil 4 in die Brennkraftmaschine 5.
Zusätzlich
steuert das Steuergerät 15 in
Abhängigkeit
von Betriebsparametern den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 3 beispielsweise über das
Druckregelventil 8, indem Kraftstoff zum Senken des Kraftstoffdrucks
im Kraftstoffspeicher 3 über die Ableitung 9 und
die Rückleitung 11 zum
Kraftstofftank 1 zurückgeführt wird.
Abhängig
von der gewählten
Ausführungsform
kann die Rückleitung 11 schon
stromaufwärts
vor dem weiteren Ventil 12 von der Hauptleitung 9 abzweigen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Steuergerät 15 die
Förderleistung
der Kraftstoffpumpe 2 zum Einstellen des gewünschten
Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher 3 steuert.
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In
einer ersten Ausführungsform,
bei der das weitere Ventil 12 als steuerbares Ventil ausgebildet ist,
das die Ableitung 9 entweder mit der Zuleitung 10 oder
mit der Rückleitung 11 verbindet,
wird über
das Öffnen
des Druckregelventils 8 Kraftstoff in die Ableitung 9 geleitet.
Das Druckregelventil 8 kann dabei beispielsweise von dem
Steuergerät 15 zum Öffnen angesteuert
werden oder aufgrund eines zu hohen Drucks im Kraftstoffspeicher 3 automatisch öffnen. Dazu
weist das Druckregelventil 8 beispielsweise ein mit einer
Feder auf ei nen Dichtsatz vorgespanntes Schließglied auf, das bei einem Kraftstoffdruck
größer als
ein vorgegebener Grenzwert, beispielsweise 2000 bar automatisch
gegen die Federkraft öffnet. Zur
Zuleitung von Kraftstoff in das Abgassystem 6 wird nun
das steuerbare weitere Ventil 12 vom Steuergerät 15 geöffnet. Über die
Zuleitung 10 strömt Kraftstoff
in das Abgassystem 6. Abhängig von der Ausführungsform
kann das Rückschlagventil 13 vorgesehen
sein, sodass der Kraftstoff in das Abgassystem 6 über das
Rückschlagsystem 13 strömt, ohne dass
Abgase in die Zuleitung 10 strömen können.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
in der das weitere Ventil 12 als automatisch schaltendes
hydraulisches Regelventil ausgebildet ist, ist keine Ansteuerung
durch das Steuergerät 15 zum Öffnen des weiteren
Ventils 12 erforderlich. In dieser Ausführungsform öffnet das weitere Ventil 12 dann
eine Verbindung zwischen der Ableitung 9 und der Zuleitung 10,
wenn der Kraftstoffdruck in der Ableitung 9 größer als
ein vorgegebener Grenzwert ist. Zur Ausführung dieser Öffnungsfunktion
kann das weitere Ventil 12 beispielsweise über eine
Vorspannfeder in Schließposition
vorgespannt sein. Übersteigt
der Druck in der Ableitung 9 den vorgegebenen Druckwert,
so wird ein Schließglied
des weiteren Ventilglieds 12 gegen die Kraft der Vorspannfeder
in eine Öffnungsposition
bewegt, sodass Kraftstoff von der Ableitung 9 in die Zuleitung 10 fließen kann.
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Das
weitere Ventil 12 kann als einfaches Ventil ausgebildet
sein. In dieser Ausführungsform zweigt
die Rückleitung 11 in
Strömungsrichtung
vor dem weiteren Ventil 12 ab. In einer weiteren Ausbildungsform
kann das weitere Ventil 12 auch abhängig von der Position des Schließglieds
des weiteren Ventils 12 die Zuleitung 10 oder
die Rückleitung 11 mit der
Ableitung 9 verbinden.
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In
der Ausführungsform,
in der das weitere Ventil 12 als druckgesteuertes Ventil 12 ausgebildet ist,
kann zusätzlich
ein Regelventil 14 zwischen dem weiteren Ventil 12 und
dem Abgassystem 6 vorgesehen sein. Das Regelventil 14 steht über eine
Steuerleitung mit dem Steuergerät 15 in
Verbindung. Das Steuergerät 15 steuert
die Öffnungsphasen
des Regelventils 13 in der Weise an, dass zu den gewünschten
Zeitpunkten das Abgassystem 6 mit Kraftstoff versorgt wird.
Die Vorrichtung zur Zuführung
von Kraftstoff über
das Druckregelventil 8 kann sowohl für Benzin als auch für Diesel
verwendet werden. Bei beiden Systemen kann die Zuführung von
Kraftstoff in das Abgassystem zur Nachbehandlung des Abgases verwendet
werden. Ist beispielsweise ein Partikelfilter 7 im Abgassystem
der Brennkraftmaschine vorhanden, so kann der Partikelfilter 7 beispielsweise regeneriert
werden, indem im Abgassystem sehr hohe Temperaturen, beispielsweise über 600°C erzeugt
werden. Bei Temperaturen über
600°C werden Ablagerungen
in Form von Rußpartikeln
im Partikelfilter abgebrannt. Die hohen Temperaturen im Abgassystem
können
beispielsweise durch Einspritzung von Diesel in das heiße Abgassystem
erzeugt werden. Diesel wird im Abgassystem verbrannt, sodass die
Temperatur im Abgassystem zusätzlich
erhöht wird.
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Durch
die beschriebene Anordnung wird das bei üblichen Kraftstoffspeichereinspritzsystemen
vorhandene Druckregelventil 8 zusätzlich zur Ableitung Kraftstoff
für das
Abgassystem verwendet.
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Bei
der Ausbildung des weiteren Ventils 12 als steuerbares
Ventil kann als Aktor im weiteren Ventil 12 beispielsweise
ein Elektromagnet oder ein piezoelektrischer Aktor vorgesehen sein.
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Abhängig von
der gewählten
Ausführungsform
kann die Aufheizung des Abgassystems sowohl über die Zuleitung von Kraftstoff über das
Druckregelventil 8, die Ableitung 9 und die Zuleitung 10 erfolgen
als auch über
entsprechende Nacheinspritzvorgänge über die
Brennkammer der Brennkraftmaschine 5.
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In
einer einfachen Ausführungsform
kann auch auf das weitere Ventil 12 verzichtet werden,
sodass das Druckregelventil 8 über die Ableitung 9 mit einer
Abzweigung verbunden ist, an der die Ableitung 9 an die
Zuleitung 10 und in die Rückleitung 11 verzweigt
ist. Zudem ist ein einfaches Rückschlagventil 13 vorgesehen.
Bei dieser Ausführungsform
wird der Kraftstoff nur über
die Absteuerung des Druckregelventils 8 ohne weitere Ventile
in das Abgassystem 6 geleitet. Die Menge des Kraftstoffs,
die in das Abgassystem 6 bei dieser Ausführungsform
geleitet wird, kann über
die Öffnungszeitdauer
des Druckregelventils 8 und über eine entsprechende Vorspannkraft
des Rückschlagventils 13 festgelegt
werden. Soll beispielsweise nur Kraftstoff über das Druckregelventil 8 in
den Kraftstofftank 1 zurückgeführt werden, ohne dass Kraftstoff
in das Kraftstoffsystem 6 geführt wird, dann wird das Druckregelventil 8 in
der Weise angesteuert, dass der Druck in der Zuleitung 10 zu
niedrig ist, um das Rückschlagventil 13 zu öffnen. Somit fließt der vom
Druckregelventil 8 abgegebene Kraftstoff über die
Rückleitung 11 in
den Kraftstofftank 1 zurück. Das Druckregelventil 8 kann
in dieser Ausführungsform
als rein hydraulisch gesteuertes Ventil ausgebildet sein, das ab
einem vorgegebenen Druckwert öffnet
und Kraftstoff in das Abgassystem 6 einleitet. Bei dieser
Ausführung
wird der Druck im Kraftstoffspeicher durch eine entsprechende Ansteuerung
eines Volumenstromregelventils 17 erreicht, das im Zulauf
zum Kraftstoffspeicher vor der Kraftstoffpumpe angeordnet ist. Der
mechanische Aufbau des Druckregelventils 8 kann entsprechend
dem Aufbau des weiteren Ventils 12 gemäß 2 gewählt sein,
wobei die Ableitung 9 direkt an den Kraftstoffspeicher 3 angeschlossen
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das weitere Ventil 12 zwischen dem Druckregelventil 8 und
dem Abgassystem 6 vorgesehen, wobei jedoch kein Regelventil 14 vorhanden
ist. In dieser Ausführungsform
ist das weitere Ventil 12 in der Weise ausgebildet, dass
es bei einem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher, der über einem
vorgegebenen Grenzwert liegt, die Ableitung 9 von der Zuleitung 10 absperrt.
Dabei kann beispielsweise zur Steuerung der Schaltposition des weiteren
Ventils 12 der Kraftstoffdruck in der Ableitung 9 verwendet werden,
der vom Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 3 abhängt. Liegt der
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 3, bzw. in der Ableitung 9 unter
dem Grenzwert, so verbindet das weitere Ventil 12 die Ableitung 9 mit
der Zuleitung 10. Bei dieser Anordnung kann über die
entsprechende Ansteuerung des Druckregelventils 8 eine
Dosierung der in das Abgassystem 6 eingespritzten Kraftstoffmenge
gesteuert werden. Die Druckregelung im Kraftstoffspeicher 3 erfolgt
dabei beispielsweise durch die Steuerung der durchgeführten Kraftstoffmenge,
d. h. die Steuerleistung der Kraftstoffpumpe 2 oder durch
eine Ansteuerung eines Volumenstromregelventils 17, das
zwischen dem Kraftstofftank 1 und der Kraftstoffpumpe 2 angeordnet
ist. Das Volumenstromregelventil 17 ist dabei über eine
Steuerleitung mit dem Steuergerät 15 verbunden.
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2 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines weiteren Ventils 12. Das
weitere Ventil 12 weist ein Gehäuse auf, in das die Ableitung 9 geführt ist.
Die Ableitung 9 mündet
in eine Steuerkammer 18. Die Steuerkammer 18 ist
als zylinderförmige
Kammer ausgebildet, in der zwei zylinderförmige Kolben 19, 20 angeordnet
sind. Die zwei Kolben 19, 20 begrenzen mit einer
gleichgroßen Fläche jeweils
die Steuerkammer 18 und sind über eine Verbindungsstange 21,
die durch die Steuerkammer 18 geführt ist, miteinander verbunden.
Weiterhin wird der zweite Kolben 20 über eine Feder 22 in
Richtung auf den ersten Kolben 19 vorgespannt. Die Feder 22 ist
dabei in einer Federkammer 23 angeordnet, die über Bohrungen 24 mit
der Zuleitung 9 verbunden ist. Mit der Steuerkammer 18 ist
die Zuleitung 10 verbunden, die zum Abgassystem 6 über das Rückschlagventil 13 führt. In
der dargestellten Position ist die Einmündung der Zuleitung 10 zur
Steuerkammer 18 geöffnet.
Weiterhin ist die Rückleitung 11 an
die Steuerkammer 18 angeschlossen. In der dargestellten
Position des ersten und des zweiten Kolbens 19, 20 ist
die Einmündung
der Rückleitung 11 in die
Steuerkammer 18 durch den zweiten Kolben 20 verschlossen.
Somit ist in der in 2 dargestellten Position die
Ableitung 9 über
die Steuerkammer 18 nur mit der Zuleitung 10 verbunden.
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Die
Feder 22 ist zwischen dem Gehäuse 25 und dem zweiten
Kolben 20 eingespannt. Dabei ist die Feder 22 in
der dargestellten Position auf Zugspannung gespannt und beaufschlagt
den zweiten Kolben 20 mit einer Zugkraft nach links, d.
h. weg vom ersten Kolben 19. Aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks
in der Ableitung 9 und damit auch in der Federkammer 23 wird
jedoch der Kolben 20 in Richtung auf den ersten Kolben 19 verschoben,
sodass die Einmündung
der Rückleitung 11 durch
den zweiten Kolben 20 verschlossen ist. Sinkt der Druck
in der Zuleitung 9 und damit auch in der Federkammer 23, so
wird der zweite Kolben 20 von der Feder 22 nach links
gezogen, sodass die Einmündung
der Rückleitung 11 durch
den zweiten Kolben 20 geöffnet wird und zugleich die
Einmündung
der Zuleitung 10 in die Steuerkammer 18 durch
den ersten Kolben 19 verschlossen wird. Die Flächen, mit
denen die Kolben 19, 20 an die Steuerkammer 18 angrenzen,
sind so gewählt,
dass sich zusammen mit der Federkraft der Feder 22 das
gewünschte Öffnungsverhalten
des weiteren Ventils 12 einstellt. Beispielsweise kann eine
Verbindung der Ableitung 9 mit der Zuleitung 10 gewünscht werden,
wobei die Rückleitung 11 verschlossen
ist, wenn der Druck in der Ableitung 9 größer als
ein vorgegebener Grenzwert ist. Liegt der Druck in der Ableitung 9 unter
dem Grenzwert, wird die Ableitung 9 mit der Rückleitung 11 verbunden
und die Zuleitung 10 ist verschlossen.
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Damit
wird mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine reine hydraulische Steuerung des weiteren Ventils 12 erreicht.
Somit hängt
es vom Kraftstoffdruck in der Ableitung 9 und damit vom Kraftstoffdruck
im Speicher 3 ab, ob die Rückleitung 11 und/oder
die Zuleitung 10 mit der Ableitung 9 verbunden
ist.