DE102008044242A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Brennkraftmaschine angegeben, die mindestens einen Brennraum (15) mit einem von einem Einlassventil (17) verschließbaren Einlass (18), dem ein Luftansaugkanal (21) vorgeordnet ist, eine in den Brennraum (15) eingeführte Zündkerze (35) und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (27) aufweist, die pro Brennraum (15) ein direkt in den Brennraum (15) einspritzendes Hochdruckeinspritzventil (28) und ein Kraftstoff in den Luftansaugkanal (21) einspritzendes Niederdruckeinspritzventil (29) aufweist. Zur Realisierung eines strahlgeführten, zu kleinen Drehzahlen hin ausgeweiteten Schichtbetriebs zwecks Senkung des Kraftstoffverbrauchs und Erzielung eines stabilen Leerlaufs ist das Hochdruckeinspritzventil (28) als ein mehrere Kraftstoffstrahlen abspritzendes Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil (28) ausgebildet und so angeordnet, dass es zentral in den Brennraum (15) einspritzt und dabei mindestens ein Kraftstoffstrahl zur Zündkerze (35) gerichtet ist.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine bekannte Brennkraftmaschine (
WO 2006/095515 A1 - Bei Brennkraftmaschinen mit einer solchen dualen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, auch Dual-Injection-System genannt, bei dem die Direkteinspritzung in den Brennraum mit dem ersten Einspritzventil mit Hochdruck und die sog. Saugrohreinspritzung in den Luftansaugkanal mit dem zweiten Einspritzventil mit Niederdruck erfolgt, können die Vorteile beider Einspritzarten durch entsprechende, betriebspunktabhängige Umschaltung genutzt werden.
- Offenbarung der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil sich ein strahlgeführter Schichtbetrieb realisieren und zu kleinen Drehzahlen hin erweitern lässt, wodurch der Kraftstoffverbrauch gesenkt und ein stabilerer Leerlauf erzielt wird. Durch den die Zündkerze erfassenden, buschigen Strahl des Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils mit einem großen Strahlkegel und geringer Penetration ist eine gezielte Schichteinspritzung möglich. Gleichzeitig wird das Anspritzen der Brennraumwand stark verringert, mit dem Vorteil einer geringeren Ölverdünnung. Im Kaltstart wird mittels des Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils infolge der sehr kleine Kraftstofftröpfchen die Gemischaufbereitung stark verbessert, womit eine Emissionsreduktion einhergeht. Die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung auf zwei unterschiedlich ausgelegte Einspritzventile hat den Vorteil, dass jedes Einspritzventil für seine bevorzugte Betriebsweise optimiert werden kann. Dadurch und durch wahlweise getrennte oder gemeinsame Ansteuerung der Einspritzventile lässt sich der Verbrennungsprozess im Brennraum mit Vermeidung lokaler Überfettung als Ursache für vergrößerte Schadstoffemission und lokaler Ausmagerung als Ursache des Klopfens in einfacher Weise optimieren. Bei hoher Last lässt sich mit dem Niederdruckeinspritzventil eine bessere Homogenisierung und damit ein Leistungs- bzw. Drehmomentzuwachs erreichen. Durch die insgesamt verbesserte Gemischaufbereitung wird auch eine verringerte Rußemission erreicht. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen kann die Scavenging-Funktion genutzt werden, da mit dem Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil die Volllastmenge bei kleinen Drehzahlen abgedeckt werden kann. Dadurch wird bei kleinen Drehzahlen ein deutlicher Drehmomentgewinn erzielt.
- Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennkraftmaschine möglich.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das in den Luftansaugkanal einspritzende Niederdruckeinspritzventil für einen im Vergleich zum Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil deutlich größeren Kraftstoffdurchfluss ausgelegt und kann mindestens 80% der Volllastmenge abdecken. Der von ihm abgespritzte Kraftstoff-Strahlkegel besitzt einen kleinen Kegelwinkel und eine große Penetration direkt in Richtung Einlassventil. Das mit einem deutlich kleineren Durchfluss von weniger als 1/3 der Volllastmenge konzipierte Mehrloch-Hochdruckventil spritzt dagegen einen Kraftstoff-Strahlkegel mit großem Kegelwinkel und geringer Penetration ab.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil und Niederdruckeinspritzventil elektrisch ansteuerbare Magnetventile. Solche Magnetventile sind deutlich kostengünstiger als häufig verwendete piezoelektrische Einspritzventile.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Verbrennungszylinders einer Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, -
2 ein Diagramm für Ansteuerungsbereiche der Einspritzventile der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in1 in Zuordnung zu durch Drehzahl (n) und Last (L) festgelegten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine. - Von einer üblicherweise mehrzylindrigen Brennkraftmaschine für z. B. Kraftfahrzeuge ist in
1 lediglich ein Verbrennungszylinder11 ausschnittweise im Längsschnitt schematisiert dargestellt. Der außen mit einem Kühlwassermantel12 umgebene Verbrennungszylinder11 ist stirnseitig von einem Zylinderkopf13 gasdicht abgedeckt. Ein im Verbrennungszylinder11 axial verschieblich geführter Hubkolben14 begrenzt zusammen mit dem Zylinderkopf13 einen Brennraum15 . Der Hubkolben14 ist über ein Pleuel16 mit einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden, auf die auch die Hubkolben der anderen Verbrennungszylinder wirken. - Der Brennraum
15 weist einen mit einem Einlassventil17 verschließbaren Einlass18 und einen mit einem Auslassventil19 verschließbaren Auslass20 auf. Zu dem Einlass18 ist ein Luftansaugkanal21 für Verbrennungsluft geführt, der aus einem im Zylinderkopf13 ausgeformten Einlasskanal22 und einem an den Einlasskanal22 angesetzten Saugrohr23 zusammengesetzt ist. Stromaufwärts sind üblicherweise die Saugrohre23 mehrerer Verbrennungszylinder11 mittels eines Saugrohrkrümmers zu einem Luftansaugstutzen zusammengefasst, in dem ein Luftsteuerorgan, vorzugsweise eine Drosselklappe, angeordnet ist. Vom Auslass20 ist ein Abgaskanal24 abgeführt, der aus einem im Zylinderkopf13 ausgebildeten Auslasskanal25 und einem an den Auslasskanal25 angesetzten Abgasrohr26 besteht. Die Abgasrohre26 mehrerer Verbrennungszylinder11 sind stromabwärts über einen Abgaskrümmer zusammengefasst. Zur Einleitung des Verbrennungsprozesses im Brennraum15 ist in den Zylinderkopf13 eine Zündkerze35 eingesetzt, die mit einem Zündkopf351 in den Brennraum15 hineinragt. - Zur Kraftstoffversorgung des Brennraums
15 des mindestens einen Verbrennungszylinders11 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung27 vorgesehen, die pro Verbrennungszylinder11 bzw. Brennraum15 zwei elektromagnetische Einspritzventile aufweist. Das eine Einspritzventil ist ein Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 , das über eine Kraftstoffzuleitung30 an einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe31 angeschlossen ist, die ihrerseits mit einer Kraftstoff aus einem Kraftstofftank32 fördernden Kraftstoff-Niederdruckpumpe33 verbunden ist. Das andere Einspritzventil ist ein Niederdruckeinspritzventil29 , das über eine Kraftstoffzuleitung34 unmittelbar an die Kraftstoff-Niederdruckpumpe33 angeschlossen ist. Der Aufbau eines Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils ist bekannt und beispielsweise in derEP 1 108 134 B1 beschrieben. Die von dem Einspritzventil abgespritzten Kraftstoffstrahlen werden dabei üblicherweise mit einer Spritzlochscheibe erzeugt, in der mehrere Spritzlöcher vorhanden sind, deren Spritzlochachsen unter einem spitzen Winkel zur Scheibenachse geneigt sind. Das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 ist in den Zylinderkopf13 so eingesetzt, dass es zentral in den Brennraum15 einspritzt, wobei mindestens einer der von dem Einspritzventil28 abgespritzten Kraftstoffstrahlen zum Zündkopf351 der zur Zündkerze35 hin gerichtet ist. Dieser Kraftstoffstrahl ist vorzugsweise buschig, also stark sprayartig aufgefächert, und besitzt eine nur geringe Penetration. Die Zündkerze35 ist in räumlicher Nähe zum Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 im Zylinderkopf13 angeordnet, wobei ihr Abstand von der Zündkerze ca. 20 mm oder weniger beträgt. Das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 ist so konzipiert, dass der Kegelwinkel des abgespritzten Kraftstoffstrahlkegels groß ist und eine geringere Penetration aufweist. Außerdem ist das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 für einen kleinen Kraftstoffdurchfluss ausgelegt, der weniger als 1/3 der dem Brennraum15 zugeführten Volllastmenge beträgt. - Das Niederdruckeinspritzventil
29 ist in den Ansaugkanal21 , im dargestellten Ausführungsbeispiel aus konstruktiven Gründen in das Saugrohr23 , so eingesetzt, dass seine Abspritzrichtung hin zum Einlassventil17 gerichtet ist. Das Niederdruckeinspritzventil29 ist für einen großen Kraftstoffdurchfluss ausgelegt, der mehr als 2/3 der Volllastmenge beträgt. Der von ihm abgespritzte Kraftstoffstrahlkegel weist einen kleinen Kegelwinkel auf und besitzt eine große Penetration. Beispielsweise ist der Kraftstoffdurchfluss des Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils28 mit ca. 20% und der Kraftstoffdurchfluss des Niederdruckeinspritzventils29 mit ca. 80% bemessen. - Die beiden Einspritzventile
28 ,29 pro Brennraum15 werden von einer elektronischen Steuereinheit36 abhängig von den Betriebspunkten der Brennkraftmaschine unterschiedlich angesteuert. Hierzu ist in der Steuereinheit36 , der eine Vielzahl von Betriebsparametern zugeführt werden, ein Diagramm abgespeichert, wie es in2 schematisiert dargestellt ist. Zu einem bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, der durch die Drehzahl n und die von der Brennkraftmaschine abgeforderte Last L festgelegt ist, wird das eine oder andere der beiden Einspritzventile28 ,29 oder werden beide Einspritzventile28 ,29 angesteuert. Der mit40 gekennzeichnete, schraffierte Bereich im Diagramm weist den Bereich kleiner Teillast aus, in dem nur das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum15 herangezogen wird. Der mit41 gekennzeichnete, kreuzschraffierte Bereich dient dem Scavenging, in dem wiederum nur das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 angesteuert wird, so dass beim Spülen des Brennraums15 mit Luft nur wenig Kraftstoff in den Brennraum15 eingespritzt wird und in Richtung Katalysator gelangt. In dem verbleibenden, mit42 gekennzeichneten Bereich, also bei hohen Drehzahlen und großer Last werden beide Einspritzventile28 ,29 zur Krafteinspritzung angesteuert. Die Ansteuerung des Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils28 erfolgt dabei so, dass nur eine geringe Einspritzmenge in den Brennraum15 eingespritzt wird, um eine Erhitzung am zentralen Einbauort des Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils28 zu verhindern. - Auch die Betriebsart „Katalysator aufheizen” wird mit über das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil
28 eingespritztem Kraftstoff abgedeckt, wobei eine erste Einspritzung zum Saughub des Hubkolbens14 und eine zweite Einspritzung im Schichtbetrieb abgesetzt wird. Im Startvorgang wird ebenfalls das Mehrloch- Hochdruckeinspritzventil28 angesteuert, und nur dann, wenn bei geringen Temperaturen die über das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil28 abgespritzte Kraftstoffmenge nicht mehr ausreicht, wird das Niederdruckeinspritzventil29 unterstützend angesteuert. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/095515 A1 [0002]
- - EP 1108134 B1 [0013]
Claims (7)
- Brenkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum (
15 ), der ein von einem Einlassventil (17 ) verschließbaren Einlass (18 ) mit vorgeordnetem Luftansaugkanal (21 ) aufweist, mit einer in den Brennraum (15 ) eingeführten Zündkerze (35 ) und mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (27 ), die pro Brennraum (15 ) ein unter Hochdruck stehenden Kraftstoff direkt in den Brennraum (15 ) einspritzendes Hochdruckeinspritzventil (28 ) und ein unter Niederdruck stehenden Kraftstoff in den Luftansaugkanal (21 ) einspritzendes Niederdruckeinspritzventil (29 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckeinspritzventil (28 ) als ein mehrere Kraftstoffstrahlen abspritzendes Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil (28 ) ausgebildet und so angeordnet ist, dass es zentral in den Brennraum (15 ) einspritzt und dabei mindestens ein Kraftstoffstrahl zur Zündkerze (35 ) gerichtet ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruckeinspritzventil (
29 ) für einen im Vergleich zum Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil (28 ) deutlich größeren Kraftstoffdurchfluss ausgelegt ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Kraftstoffdurchfluss des Mehrloch-Hochdruckeinspritzventils (
28 ) weniger als 1/3 und der des Niederdruckeinspritzventils (29 ) mehr als 2/3 der dem Brennraum (15 ) zugeführten Volllastmenge beträgt. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrloch-Hochdruckeinspritzventil (
28 ) zur Abspritzung eines weit aufgespreizten Kraftstoffstrahlkegels mit großem Kegelwinkel ausgebildet ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruckeinspritzventil (
29 ) zum Abspritzen eines we nig aufgespreizten Kraftstoffstrahlkegels mit kleinem Kegelwinkel ausgebildet ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrloch-Hochdruck- und das Niederdruckeinspritzventil (
28 ,29 ) elektrisch ansteuerbare Magnetventile sind. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckeinspritzventil (
28 ) einen nur geringen Abstand von der Zündkerze (35 ) aufweist, der vorzugsweise gleich oder kleiner 20 mm ist.
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