DE102008038448B4

DE102008038448B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Einleiten von Kraftstoff in ein Abgassystem

Info

Publication number: DE102008038448B4
Application number: DE102008038448A
Authority: DE
Inventors: Olivier Lobey; Christoph Wienold
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: DE102008038448A1

Abstract

Vorrichtung zum Einleiten von Kraftstoff in ein Abgassystem (6), wobei ein Kraftstoffspeicher (3) vorgesehen ist, der mit einem Einspritzventil (4) verbindbar ist, wobei am Kraftstoffspeicher (3) ein Ventil (8) vorgesehen ist, um Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher (3) abzuführen, wobei das Ventil (8) mit einer Leitung (9, 10) verbunden ist, die zur Verbindung mit dem Abgassystem (6) vorgesehen ist, um Kraftstoff in das Abgassystem (6) zu leiten, wobei zwischen dem Ventil (8) und dem Abgassystem (6) ein weiteres Ventil (12, 14) in der Leitung (9, 10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (12, 14) als automatisch schaltendes hydraulisches Ventil ausgebildet und so eingerichtet ist, dass es abhangig vom Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher (3) eine Verbindung zum Abgassystem (6) öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Abgassystem gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Abgassystem gemaß Patentanspruch 6.
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.
Die Einspritzung in das Abgassystem wird beispielsweise über Nacheinspritzungen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgeführt. In einer weiteren Ausführung wird Dieselkraftstoff uber separate Einspritzventile direkt in das Abgassystem eingespritzt.
Ein ähnliches System ist in der Patentschrift DE 603 05 579 T2 offenbart. Bei diesem System wird allerdings Wasserstoffgas unter Druck in einem separaten Behälter gespeichert. Im Abgasstrom ist ein Katalysator angeordnet. Über ein Brennstoffeinspritzventil kann Wasserstoffgas aus dem zugehörigen Behälter direkt in den Abgasstrom vor dem Katalysator eingebracht und uber eine zugeordnete Zündkerze gezündet werden. Dadurch wird die Arbeitstemperatur des Katalysators sehr schnell erhöht und eine effektive Beseitigung von Verunreinigungen im Abgasstrom gewährleistet.
Auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 59 427 A1 wird eine Einrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen offenbart. Bei dieser Einrichtung wird Kraftstoff aus dem Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems entnommen und wird über ein Magnetventil, das von einem zentralen Steuergerät angesteuert wird, in definierter Weise über eine Düsenanordnung in den Eingangsbereich der Katalysatoranordnung eingespritzt.
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 gemaß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren gemaß Patentanspruch 6 gelöst.
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 bereitgestellt. Zudem wird aufgrund dieser Anordnung der Bauraum des Einspritzsystems klein gehalten. Dabei 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. Das weitere Ventil ist 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.
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 fur die Zuführung von Kraftstoff in das Abgassystem verwendet werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist das Ventil, über das der Kraftstoff vom Kraftstoffspeicher abgeführt wird, als Druckregelventil ausgebildet. Damit kann aber das Ventil der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher geregelt werden und zusätzlich Kraftstoff für die Zuleitung in das Abgassystem bereitgestellt werden.
Eine einfache zuverlässige Ausführungsform des weiteren Ventils wird in Form eines Schieberventils ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein zusätzliches Ventil zwischen dem Abgassystem und dem Ventil vorgesehen, wobei das zusätzliche Ventil als steuerbares Ventil ausgebildet ist. Das zusätzliche Ventil kann mit oder ohne dem weiteren Ventil vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil und einem Abgassystem und
2 in einer schematisch vergrößerten Darstellung ein hydraulisches weiteres Ventil.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine 5, insbesondere für eine Dieselbrennkraftmaschine. Es ist ein Kraftstofftank 1 vorgesehen, der uber 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 Druckregelventil 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 zuruckgeführt 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 Steuergerat 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 uber die Ableitung 9 und die Rückleitung 11 zum Kraftstofftank 1 zurückgefuhrt wird. Abhängig von der gewählten Ausfuhrungsform kann die Rückleitung 11 schon stromaufwärts vor dem weiteren Ventil 12 von der Hauptleitung 9 abzweigen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Steuergerat 15 die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 zum Einstellen des gewünschten Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher 3 steuert.
Da 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.
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.
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 Zufuhrung von Kraftstoff über das Druckregelventil 8 kann sowohl fur 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 uber 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.
Durch die beschriebene Anordnung wird das bei üblichen Kraftstoffspeichereinspritzsystemen vorhandene Druckregelventil 8 zusätzlich zur Ableitung Kraftstoff für das Abgassystem verwendet.
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.
Ist das weitere Ventil 12 zwischen dem Druckregelventil 8 und dem Abgassystem 6 vorgesehen, wobei jedoch kein Regelventil 14 vorhanden ist, so ist das weitere Ventil 12 in der Weise ausgebildet, dass es bei einem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher, der uber 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.
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.
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 Ruckleitung 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 Offnungsverhalten 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 Ruckleitung 11 verbunden und die Zuleitung 10 ist verschlossen.
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.

Claims

Vorrichtung zum Einleiten von Kraftstoff in ein Abgassystem (6), wobei ein Kraftstoffspeicher (3) vorgesehen ist, der mit einem Einspritzventil (4) verbindbar ist, wobei am Kraftstoffspeicher (3) ein Ventil (8) vorgesehen ist, um Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher (3) abzuführen, wobei das Ventil (8) mit einer Leitung (9, 10) verbunden ist, die zur Verbindung mit dem Abgassystem (6) vorgesehen ist, um Kraftstoff in das Abgassystem (6) zu leiten, wobei zwischen dem Ventil (8) und dem Abgassystem (6) ein weiteres Ventil (12, 14) in der Leitung (9, 10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ventil (12, 14) als automatisch schaltendes hydraulisches Ventil ausgebildet und so eingerichtet ist, dass es abhangig vom Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher (3) eine Verbindung zum Abgassystem (6) öffnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ventil (8) als Druckregelventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das weitere Ventil (12) die Verbindung (10) zum Abgassystem (6) öffnet, wenn der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher (3) kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das weitere Ventil (12) als Schieberventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein zusätzliches Ventil (14) zwischen dem Abgassystem (6) und dem Ventil (8) vorgesehen ist, wobei das zusatzliche Ventil (14) als steuerbares Ventil ausgebildet ist.
Verfahren zum Einleiten von Kraftstoff in ein Abgassystem (6) einer Brennkraftmaschine (5) mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher (3) der Brennkraftmaschine (5) zugeführt wird, wobei, uber das Ventil (8) am Kraftstoffspeicher, Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher (3) in die Leitung (9, 10) geführt wird, wobei über das weitere automatisch schaltende, hydraulische Ventil (12, 14) Kraftstoff, abhängig vom Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher (3), aus dem Kraftstoffspeicher (3) in das Abgassystem (6) geleitet wird.