DE102008044243A1

DE102008044243A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008044243A1
Application number: DE102008044243A
Authority: DE
Inventors: Axel Storch; Klaus Ries-Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2010-06-02

Abstract

Es wird eine Brennkraftmaschine angegeben, die mindestens einen Brennraum (15) mit einem von einem Einlassventil (17) verschließbaren Einlass (18) für Verbrennungsluft und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (27) mit zwei dem mindestens einen Brennraum (15) zugeordneten Kraftstoffeinspritzventilen (28, 29) aufweist, von denen ein Kraftstoffeinspritzventil (29) aus seitlicher Einbaulage und ein Kraftstoffeinspritzventil (28) aus zentraler Einbaulage unter Hochdruck stehender Kraftstoff direkt in den Brennraum (15) einspritzt. Zur Optimierung der Lambda-Verteilung im Brennraum (15) sind beide Kraftstoffeinspritzventil (28, 29) als mehrere Kraftstoffstrahlen abspritzende Mehrloch-Einspritzventile mit unterschiedlichem Kraftstoff ausgebildet, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (28) in zentraler Einbaulage den deutlich kleineren Kraftstoffdurchfluss aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Brennkraftmaschine ( WO 2006/095515 A1 ) weist mindestens einen Verbrennungszylinder mit einem von einem Zylinderkopf und einem Hubkolben begrenzten Brennraum sowie eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf. Der Brennraum ist mit einem von einem Einlassventil verschließbaren Einlass und mit einem von einem Auslassventil verschließbaren Auslass versehen. Zu dem Einlass ist ein Luftansaugkanal geführt, während der Auslass an einem Abgasstrang angeschlossen ist. Zum Einleiten eines Verbrennungsprozesses im Brennraum ragt der Zündkopf einer Zündkerze zentral in den Brennraum hinein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist pro Verbrennungszylinder bzw. Brennraum zwei Einspritzventile auf, von denen ein erstes Einspritzventil aus seitlicher Einbaulage unter Hochdruck stehenden Kraftstoff direkt in den Brennraum mit zur Brennraumachse geneigter Spritzrichtung und ein zweites Einspritzventil Kraftstoff in den Luftansaugkanal, dem Einlassventil vorgelagert, abspritzt.
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.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzvorrichtung ( JP-2007327464 A , abstract) ist beiden Einspritzventilen unter Hochdruck stehender Kraftstoff zugeführt, der mit Öffnen der Einspritzventilen direkt in den Brennraum eingespritzt wird. Das eine Einspritzventil hat dabei bezüglich des Brennraums eine zentrale Einbaulage und ist so ausgerichtet, dass seine Spritzrichtung auf den Zündkopf der Zündkerze gerichtet ist. Das andere Einspritzventil hat bezüglich des Brennraums eine seitliche Einbaulage. Seine Spritzrichtung ist nahezu quer ausgerichtet, so dass sein abgespritzter Kraftstoffstrahl den vom anderen Einspritzventil abgespritzten Kraftstoffstrahl trifft.
Bei einer ebenfalls bekannten Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzvorrichtung ( JP-2004316568 A , abstract) spritzen beide Einspritzventile den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff unter verschiedenen Spritzwinkeln direkt in den Brennraum ein. Beide Einspritzventile weisen bezüglich des Brennraums eine zentrale Einbaulage auf. Die Spritzrichtung des einen Einspritzventils ist längs der Brennachse ausgerichtet und die Spritzrichtung des anderen Einspritzventils ist dazu geneigt, so das sich die abgespritzten Kraftstoffstrahlen kreuzen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch das Ausführen der beiden direkt in den Brennraum einspritzender Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventile als Mehrloch-Einspritzventile und der unterschiedlichen Auslegung des Kraftstoffdurchflusses der Mehrloch-Einspritzventile die Lambda-Verteilung im Brennraum, also die Gemischaufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, optimiert werden kann, wobei sowohl lokale Überfettung als Ursache für einen vergrößerten Kohlenwasserstoffemissionsanfall als auch lokale Ausmagerung als Quelle des Klopfens der Brennkraftmaschine vermieden werden. Durch das in zentraler Einbaulage angeordnete Kraftstoffeinspritzventil, das vorzugsweise buschige Kraftstoffstrahlen mit geringer Penetration abspritzt ist eine gezielte Schichteinspritzung möglich. Gleichzeitig wird das Anspritzen der Brennraumwand stark verringert mit dem Vorteil einer geringeren Ölverdünnung. Im Kaltstart wird mittels des Kraftstoffeinspritzventils in zentraler Einbaulage infolge des sehr fein verstäubten Kraftstoffs die Gemischaufbereitung stark verbessert, womit eine Emissionsreduktion einhergeht. Die Aufteilung der Kraftstoffeinspritzung auf zwei unterschiedlich ausgelegte Mehrloch- Einspritzventile hat den Vorteil, dass jedes Kraftstoffeinspritzventil für eine bevorzugte Betriebsweise optimiert werden kann. Bei hoher Last lässt sich mit dem Kraftstoffeinspritzventil in seitlicher Einbaulage 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 Kraftstoffeinspritzventil in zentraler Einbaulage 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 kann das für einen im Vergleich zum Kraftstoffeinspritzventil in zentraler Einbaulage deutlich größeren Kraftstoffdurchfluss ausgelegte Kraftstoffeinspritzventil in seitlicher Einbaulage mehr als 2/3 der Volllastmenge abdecken. Die von ihm abgespritzte Kraftstoffstrahlen besitzen einen kleinen Strahl- oder Kegelwinkel und eine große Penetration. Das mit einem deutlich kleineren Kraftstoffdurchfluss von weniger als 1/3 der Volllastmenge konzipierte Kraftstoffeinspritzventil in zentraler Einbaulage spritzt dagegen buschig aufgeweitete Kraftstoffstrahlen mit einem großen Strahl- oder Kegelwinkel und geringer Penetration ab.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind beide Kraftstoff unter Hochdruck direkt in den Brennraum einspritzende Kraftstoffeinspritzventile elektrisch ansteuerbare Magnetventile. Solche Magnetventile sind deutlich kostengünstiger als die häufig verwendeten piezoelektrischen Einspritzventile.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung ausschnittweise einen Längsschnitt eines Verbrennungszylinders einer Brennkraftmaschine in Verbindung mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Von einer üblicherweise mehrzylindrigen Brennkraftmaschine für z. B. Kraftfahrzeuge ist in 1 lediglich ein Verbrennungszylinder 11 ausschnittweise im Längsschnitt schematisiert dargestellt. Der außen mit einem Kühlwassermantel 12 umgebene Verbrennungszylinder 11 ist stirnseitig von einem Zylinderkopf 13 gasdicht abgedeckt. Ein im Verbrennungszylinder 11 axial verschieblich geführter Hubkolben 14 begrenzt zusammen mit dem Zylinderkopf 13 einen Brennraum 15. Der Hubkolben 14 ist über ein Pleuel 16 mit einer hier nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden, auf die auch die Hubkolben der anderen Verbrennungszylinder wirken.
Der Brennraum 15 weist einen mit einem Einlassventil 17 verschließbaren Einlass 18 und einen mit einem Auslassventil 19 verschließbaren Auslass 20 auf. Zu dem Einlass 18 ist ein Luftansaugkanal 21 für Verbrennungsluft geführt, der aus einem im Zylinderkopf 13 ausgeformten Einlasskanal 22 und einem an den Einlasskanal 22 angesetzten Saugrohr 23 zusammengesetzt ist. Stromaufwärts sind üblicherweise die Saugrohre 23 mehrerer Verbrennungszylinder 11 mittels eines Saugrohrkrümmers zu einem Luftansaugstutzen zusammengefasst, in dem ein Luftsteuerorgan, vorzugsweise eine Drosselklappe, angeordnet ist. Vom Auslass 20 ist ein Abgaskanal 24 abgeführt, der aus einem im Zylinderkopf 13 ausgebildeten Auslasskanal 25 und einem an den Auslasskanal 25 angesetzten Abgasrohr 26 besteht. Die Abgasrohre 26 mehrerer Verbrennungszylinder 11 sind stromabwärts über einen Abgaskrümmer zusammengefasst. Zur Einleitung des Verbrennungsprozesses im Brennraum 15 ist in den Zylinderkopf 13 eine Zündkerze 35 eingesetzt, die mit einem Zündkopf 351 in den Brennraum 15 hineinragt.
Zur Kraftstoffversorgung des Brennraums 15 des mindestens einen Verbrennungszylinders 11 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 27 vorgesehen, die pro Verbrennungszylinder 11 bzw. Brennraum 15 zwei elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventile 28, 29 aufweist. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 28, 29 ist über eine Kraftstoffzuleitung 30 bzw. 34 an eine Kraftstoffhochdruckpumpe 31 angeschlossen, die ihrerseits mit einer Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 32 fördernden Kraftstoff-Niederdruckpumpe 33 verbunden ist. Beide Kraftstoffeinspritzventile 28, 29 sind als Mehrloch-Kraftstoffeinspritzventile mit unterschiedlich großem Kraftstoffdurchfluss ausgebildet. Mehrloch-Einspritzventile sind bekannt und z. B. in EP 1 1098 134 B1 beschrieben. Sie spritzen Kraftstoffstrahlen in unterschiedlichen Richtungen ab, wobei die Kraftstoffstrahlen durch Spritzlöcher in einer vorgesetzten Spritzlochscheibe erzeugt werden, deren Lochachsen gegenüber der Scheibenfläche angestellt sind. Beide Kraftstoffeinspritzventile 28, 29 sind in den Zylinderkopf 13 eingesetzt und spritzen den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff direkt in den Brennraum 15 ein. Dabei hat das eine Kraftstoffeinspritzventil 28 eine zentrale Einbaulage und spritzt Kraftstoffstrahlen in einen sich buschig aufweitenden Strahlkegel 37 mit einem großen Strahl- oder Kegelwinkel ab. Diese Kraftstoffstrahlen besitzten eine geringe Penetration d. h. eine geringe Durchdringung der Verbrennungsluft. Das andere Kraftstoffeinspritzventil 29 hat eine seitliche Einbaulage und spritzt stärker gebündelte Kraftstoffstrahlen in einen Strahlkegel 38 mit deutlich kleinerem Strahl- oder Kegelwinkel und großer Penetration ab. Dabei ist das Kraftstoffeinspritzventil 28 in zentraler Einbaulage nahe der Zündkerze 35 angeordnet und so ausgerichtet, dass mindestens ein Kraftstoffstrahl zur Zündkerze 35 hin gerichtet ist und somit in Kleinsttröpfchen zerstäubter Kraftstoff an den Zündkopf 351 der Zündkerze 35 gelangt. Der Abstand zur Zündkerze 35 beträgt 20 mm oder weniger. Das Kraftstoffeinspritzventil 28 in zentraler Einbaulage weist einen deutlich kleineren Kraftstoffdurchfluss auf als das Kraftstoffeinspritzventil 29 in seitlicher Einbaulage. So beträgt z. B. die maximale Kraftstoffdurchflussmenge des Kraftstoffeinspritzventils 28 in zentraler Einbaulage weniger als 1/3 der Volllastmenge, während die maximale Kraftstoffdurchflussmenge des Kraftstoffeinspritzventils 29 in seitlicher Einbaulage mehr als 2/3 der dem Brennraum 15 zugeführten Volllastmenge an Kraftstoff beträgt. Beispielhaft kann das Kraftstoffeinspritzventil 28 in zentraler Einbaulage ca. 20% und das Kraftstoffeinspritzventil 29 in seitlicher Einbaulage ca. 80% der Volllastmenge abspritzen.
Die beiden Kraftstoffeinspritzventile 28, 29 pro Brennraum 15 werden von einer elektronischen Steuereinheit 36 abhängig von den Betriebspunkten der Brennkraftmaschine unterschiedlich angesteuert. Der Steuereinheit 36 ist hierzu eine Vielzahl von Betriebsparametern zugeführt. Zu einem bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, der durch die Drehzahl und die von der Brennkraftmaschine abgeforderte Last festgelegt ist, wird das eine oder andere der beiden Kraftstoffeinspritzventile 28, 29 oder werden beide Kraftstoffeinspritzventile 28, 29 angesteuert. Bei kleinen Drehzahlen und kleiner Last wird ausschließlich das Kraftstoffeinspritzventil 28 in zentraler Einbaulage angesteuert. Bei höherer Last und höherer Drehzahl wird vornehmlich das Kraftstoffeinspritzventil 29 in seitlicher Einbaulage angesteuert. Dabei wird aber auch eine minimale Kraftstoffmenge über das Kraftstoffeinspritzventil 28 in zentraler Einbaulage abgespritzt, um eine Überhitzung am zentralen, heißen Einbauort des Kraftstoffeinspritzventils 28 zu verhindern.
In der Betriebsart „Katalysator aufheizen” wird eine erste Kraftstoffeinspritzung im Saughub des Hubkolbens 14 durch Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 29 in seitlicher Einbaulage bewirkt. Der Anteil an der gesamten einzuspritzenden Kraftstoffmenge beträgt ca. 50% bis 80%. Dabei wird eine gute Homogenisierung des Verbrennungsgemischs im Brennraum 15 gewährleistet. Die zweite Kraftstoffeinspritzung erfolgt im Kompressionshub des Hubkolbens 14 und eine dritte Einspritzung im Arbeitstakt jeweils durch Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 28 in zentraler Einbaulage. Die jeweils abgespritzte Kraftstoffmenge beträgt ca. 10% bis 25% der insgesamt eingespritzten Kraftstoffgesamtmenge.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/095515 A1 [0002]
- JP 2007327464 A [0004]
- JP 2004316568 A [0005]
- EP 11098134 B1 [0013]

Claims

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum (15), der mindestens einen mit einem von einem Einlassventil (17) verschließbaren Einlass (18) für Verbrennungsluft aufweist, mit einer in den Brennraum (15) eingeführten Zündkerze (35) und mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (27), die zwei den mindestens einen Brennraum (15) zugeordnete Kraftstoffeinspritzventile (28, 29) aufweist, von denen ein Kraftstoffeinspritzventil (29) aus seitlicher Einbaulage und ein Kraftstoffeinspritzventil (28) aus zentraler Einbaulage unter Hochdruck stehenden Kraftstoff direkt in den Brennraum (15) einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kraftstoffeinspritzventile (28, 29) als mehrere Kraftstoffstrahlen abspritzende Mehrloch-Einspritzventile mit unterschiedlichem Kraftstoffdurchfluss ausgebildet sind und das Kraftstoffeinspritzventil (28) in zentraler Einbaulage den deutlich kleineren Kraftstoffdurchfluss aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzventile (28, 29) so ausgebildet sind, dass der maximale Kraftstoffdurchfluss des Kraftstoffeinspritzventils (28) in zentraler Einbaulage weniger als 1/3 und der des Kraftstoffeinspritzventils (29) in seitlicher Einbaulage mehr als 2/3 der dem Brennraum (15) insgesamt zugeführten Volllastmenge beträgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in zentraler Einbaulage sich befindliche Mehrloch-Einspritzventil so ausgerichtet ist, dass mindestens ein Kraftstoffstrahl zur Zündkerze (35) gerichtet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kraftstoffeinspritzventil (28) in zentraler Einbaulage abgespritzten Kraftstoffstrahlen einen Strahlkegel (37) mit großem Kegelwinkel und geringer Penetration aufweisen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Kraftstoffeinspritzventil (29) in seitlicher Einbaulage abgespritzten Kraftstoffstrahlen einen Strahlkegel (38) mit kleinem Kegelwinkel und großer Penetration aufweisen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil (28) in zentraler Einbaulage einen nur geringen Abstand von der Zündkerze (35) aufweist, der vorzugsweise gleich oder kleiner 20 mm ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kraftstoffeinspritzventile (28, 29) elektrisch ansteuerbare Magnetventile sind.