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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung bei der ein zyklisches sequenzielles Spülen der Einspritzventile ohne Betriebsartenumschaltung ausgeführt wird sowie ein Verfahren zur Verhinderung von Verschmutzungen an Einspritzventilen der Brennkraftmaschine.
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Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum sowie einer Motorsteuerung zur Durchführung mehrerer Betriebsarten repräsentieren den Stand der Technik. Hierbei werden für die bei der Kraftstoff-Direkteinspritzung erforderlichen hohen Einspritzdrücke und Einspritzsequenzen im Allgemeinen Hochdruckeinspritzventile verwendet, deren Ansteuerungsparameter neben der Ansteuerzeit auch durch eine Anpassung des Ventilnadelhubs, sowie über angepasste Öffnungs- und Schließflanken optimiert sind. Wenn eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, z. B. im Schichtbetrieb längere Zeit mit einem reduzierten Nadelhub der Einspritzventile betrieben wird, besteht jedoch die Gefahr, dass Schmutzpartikel im Ventilsitz der Einspritzventile eingeklemmt werden, die erst bei einem nachfolgenden Homogenbetrieb mit Nenn- bzw. Vollhub der Einspritzventile ausgespült werden. Dies wird beim Stand der Technik dadurch verhindert, dass in vorgegebenen Intervallen zwangsweise eine kurzzeitig Betriebsartenumschaltung der gesamten Brennkraftmaschine vom Schichtbetrieb zum Homogenbetrieb (bzw. vom Teilhub zum Vollhub der Einspritzventile) erfolgt. Diese Lösung zur Reinigung der Einspritzventile weist jedoch den Nachteil auf, dass im Homogenbetrieb der Kraftstoffverbrauch deutlich höher ist und zudem in dieser Betriebsart nur eine Einfacheinspritzung in die Brennräume erfolgt.
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Von daher ist diese Lösung des Standes der Technik nur unzureichend geeignet, um eine Reinigung der Einspritzventile bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das zyklische Spülen der Einspritzventile im Schichtbetrieb der Brennkraftmaschine ohne Betriebsartumschaltung erfolgen kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Steuereinheit die Einspritzventile zum Spülen individuell ansteuert und dabei die aktuelle Betriebsart der Brennkraftmaschine beibehalten werden kann.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Weiterhin bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine eine erste Brennkammer mit zumindest dem ersten und zweiten Einspritzventil, oder die Brennkraftmaschine umfasst die erste Brennkammer mit zumindest dem ersten Einspritzventil und eine zweite Brennkammer mit zumindest dem zweiten Einspritzventil. Die Steuereinheit ist vorzugsweise ausgelegt, alle Einspritzventile sequenziell nacheinander vom Teilhub zum Vollhub umzuschalten. Hierdurch wird erreicht, dass beim Spülen immer nur ein einzelnes Einspritzventil mit Vollhub betätigt wird und dabei keine drastische Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine auftritt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ausgelegt, die Einspritzventile der Brennkraftmaschine zylinderweise nacheinander umzuschalten. Hierdurch kann, insbesondere bei mehreren Einspritzventilen pro Zylinder, eine raschere Reinigung der Einspritzventile der gesamten Brennkraftmaschine Brennkammer erfolgen.
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Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine eine Kraftstoffmengen-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder eine Luftmassendurchsatz-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Luftmassendurchsatzes und/oder eine Zeiterfassungsvorrichtung zur Erfassung einer abgelaufenen Zeitspanne. Durch den Vergleich der durch diese Vorrichtungen erfassten Werte mit in der Steuereinheit gespeicherten bzw. vorgegebenen Werten wird eine exakte Bestimmung der Reinigungsintervalle der Einspritzventile gewährleistet. Eine Umschaltung kann dabei basierend auf einem einzelnen erfassten Wert oder einer beliebigen Kombination der erfassten Werte erfolgen.
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Weiterhin bevorzugt ist eine Zeitdauer, in welcher die Einspritzventile in den Vollhub umgeschaltet werden, bei allen Einspritzventilen gleich. Dadurch ist die sichere Funktion der Brennkraftmaschine ohne das Eindringen einer größeren Anzahl von Schmutzpartikeln, die sich an den Ventilsitzen der Einspritzventile angesammelt haben, in die Brennkammern gewährleistet und die Steuerung kann besonders einfach ausgelegt sein.
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Ferner umfassen die Einspritzventile der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorzugsweise Piezo-Aktoren, die im Vergleich zu Magnetaktoren Einspritzung selbst kleinster Kraftstoffmengen mideutlich kürzeren Ansteuerzeiten und gleichzeitig hohen Einspritzdrücken ermöglichen.
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Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Verhinderung von Verschmutzungen an Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine, wobei ein erstes Einspritzventil der Brennkraftmaschine vom Teilhub zum Vollhub umgeschaltet wird, um zumindest einmal einen Vollhub auszuführen, und dabei ein zweites Einspritzventil der Brennkraftmaschine im Teilhub verbleibt. Hierbei finden die vorteilhaften Ausgestaltungen, wie sie im Rahmen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine diskutiert wurden, auch entsprechende Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, und
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2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme von 1 eine Brennkraftmaschine 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus der schematischen Schnittdarstellung von 1 ersichtlich, umfasst die Brennkraftmaschine 1 lediglich eine erste Brennkammer 4, an der ein erstes Einspritzventil 2a und ein zweites Einspritzventil 2b angeordnet sind und zur Ansteuerung mit einer Steuereinheit 3 verbunden sind. Die Steuereinheit 3 ist hierbei ausgelegt, das erste Einspritzventil 2a vom Teilhub zum Vollhub umzuschalten, um zum Spülen bzw. zur Reinigung des Ventilsitzes zumindest einmal einen Vollhub auszuführen, wobei dabei das zweite Einspritzventil 2b im Teilhub verbleibt. Danach wird das zweite Einspritzventil 2b angesteuert und entsprechend zum Spülen vom Teilhub zum Vollhub umgeschaltet, während das erste Einspritzventil 2a weiter im Teilhub betrieben wird.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hierbei mit denselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Im Unterschied zum in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist der Verbrennungsmotor hierbei die erste Brennkammer 4, an der das erste Einspritzventil 2a angeordnet ist, sowie eine zweite Brennkammer 4a auf, an der das zweite Einspritzventil 2b angeordnet ist. Sowohl das erste Einspritzventil 2a der ersten Brennkammer 4 als auch das zweite Einspritzventil 2b der zweiten Brennkammer 4a sind mit der Steuereinheit 3 zur Ansteuerung verbunden und werden sequentiell nacheinander angesteuert und entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel umgeschaltet.
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Obwohl hier nicht dargestellt, kann die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine alternativ zu den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen auch mehr als zwei Brennkammern mit je einem, zwei oder mehr Einspritzventilen aufweisen, die mit der Steuereinheit 3 verbunden sind.
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Unabhängig von der Anzahl der Brennkammern und der Anzahl der Einspritzventile pro Brennkammer ist die Steuereinheit 3 der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 ausgelegt, die Einspritzventile einzeln nacheinander vom Teilhub zum Vollhub umzuschalten, um zumindest einmal oder eine vorgegebene Zeitspanne lang einen Vollhub auszuführen, um am Ventilsitz der Einspritzventile eingeklemmte Schmutzpartikel zu entfernen, währenddessen die restlichen Einspritzventile der Brennkammer/n im Teilhub verbleiben. Dadurch ist gewährleistet, dass mit Ausnahme des jeweils einen auf Vollhub umgeschalteten Einspritzventils alle anderen Einspritzventile der Brennkammer weiterhin ohne eine erforderliche Betriebsartenumschaltung der gesamten Brennkraftmaschine mit Teilhub bzw. im Schichtbetrieb arbeiten können, während das erste Einspritzventil gereinigt wird. Danach erfolgt die Reinigung des zweiten bzw. der weiteren Einspritzventile der Brennkammern der Brennkraftmaschine sequenziell nacheinander auf die gleiche Art und Weise.
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Alternativ können auch alle Einspritzventile pro Brennkammer bzw. zylinderweise nacheinander vom Teilhub zum Vollhub umgeschaltet werden, um gleichzeitig zumindest einmal oder eine vorgegebene Zeitspanne lang einen Vollhub auszuführen und die Ventilsitze zu spülen.
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In der Steuereinheit 3 der Brennkraftmaschine 1 sind Grenzwerte zur Umschaltung vom Teilhub zum Vollhub der Einspritzventile in Form einer gespeicherten eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder eines gespeicherten Luftmassendurchsatzes und/oder einer gespeicherten abgelaufenen Zeitspanne gespeichert, bei dessen Erreichen die Umschaltung der Einspritzventile sequentiell nacheinander oder zylinderweise zusammen ausgeführt wird. Die Ansteuerparameter der Einspritzventile sind hierzu für jeden Betriebs- bzw. Last- /Drehzahlpunkt der aktuellen Betriebsart sowohl mit Teilhub als auch Vollhub gespeichert, sodass keine Betriebsartenumschaltung zwangsweise erfolgen muss.
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Die bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 verwendeten Einspritzventile umfassen vorzugsweise Piezo-Aktoren, die bei minimalem Hub selbst kleinste Kraftstoffmengen mit hohem Einspritzdruck und hoher Einspritzsequenz in die Brennräume einspritzen können.
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Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verhinderung von Verschmutzungen an Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine 1 beschrieben, wobei ein erstes Einspritzventil 2a der Brennkraftmaschine 1 vom Teilhub zum Vollhub umgeschaltet wird, um zumindest einmal einen Vollhub auszuführen, wobei dabei ein zweites Einspritzventil 2b der Brennkraftmaschine 1 im Teilhub verbleibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verhinderung von Verschmutzungen an Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine 1 umfasst hierbei die folgenden Schritte:
- a. Bestimmen, ob Einspritzventile im Teilhub betrieben werden,
- b. Bestimmen, ob ein vorgegebener Wert in Form einer eingespritzten Kraftstoffmenge und/oder eines Luftmassendurchsatzes und/oder einer abgelaufenen Zeitspanne für eine Reinigung der Einspritzventile erreicht ist,
- c. Auswählen eines einzelnen Einspritzventils und zumindest einmaliges Umschalten vom Teilhub zum Vollhub,
- d. Ausführen zumindest eines Vollhubs zur Reinigung des einzelnen Einspritzventils,
- e. nach Abschluss der Reinigung des einzelnen Einspritzventils: Umschalten des Einspritzventils zurück vom Vollhub zum Teilhub,
- f. Auswählen eines nächsten Einspritzventils und zumindest einmaliges Umschalten vom Teilhub auf Vollhub,
- g. Wiederholen des Schritts f, bis alle Einspritzventile gereinigt sind, und
- h. nachdem die Reinigung bei allen Einspritzventilen ausgeführt ist: erneutes Überwachen, ob alle Einspritzventile 2a, 2b im Teilhub betrieben werden.
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Alternativ können im Schritt c auch alle Einspritzventile einer Brennkammer ausgewählt und umgeschaltet werden. Entsprechend erfolgt dann in den Schritten c, d, e und f jeweils eine zylinderweise Auswahl der Einspritzventile der Brennkraftmaschine, deren Ausführung des Vollhubs, deren Umschalten vom Vollhub zum Teilhub und des Auswählens der Einspritzventile der nächsten Brennkammer.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass der bisher angewendete Reinigungsvorgang der Ventilsitze der Einspritzventile mit einer erzwungenen Betriebsartenumschaltung nunmehr durch eine sequenziell nacheinander oder zylinderweise erfolgende Reinigung der Einspritzventile ohne eine Betriebsartenumschaltung ermöglicht wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Verschmutzung an den Einspritzventilen wirksam verhindert und der Reinigungsvorgang ist mit einem im Vergleich zur Betriebsartenumschaltung des Standes der Technik mit deutlich geringerem Kraftstoffverbrauch durchführbar.
