DE102010036400A1 - Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage - Google Patents

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Abstract

Eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für einen fremd gezündeten Motor (2) mit Direkteinspritzung weist ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil (7) angeordnet in oder vor einer Einlaßkammer (5) eines Ansaugstutzens (3) des Motors (2) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage und insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für fremd gezündete Motoren mit Direkteinspritzung.
  • Mit immer neuen Emissionsverordnungen wird die Anzahl der erlaubten Partikel in den Abgasen von Kraftfahrzeugmotoren stetig begrenzt. Da fremd gezündete Motoren mit Direkteinspritzung lediglich eine kurze Zeitspanne zwischen der Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung aufweisen ist die Gemischherstellung bei einem Motor mit Direkteinspritzung üblicherweise nicht so gut wie bei einem Motor mit Saugrohreinspritzung. Die in dem Gemisch erzeugte Inhomogenität kann zu mageren und fetten Zonen führen. Die Verbrennung in der fetten Zone (Lambda kleiner 1) erzeugt Emissionen mit hohem Russ- und Partikelanteil. Besonders der Kaltstart, die Erwärmung des Katalysators und schnelle transiente Beschleunigungen tendieren zu einer Erzeugung von Emissionen mit hohem Ruß- und Partikelanteil.
  • Um Emissionen auf einen neuen Pegel zu reduzieren, existieren bekannte Lösungen wie die Verwendung eines Partikelfilters oder die Kombination einer Direkteinspritzsystems mit einer Saugrohreinspritzung. Beide Ansätze sind komplex und mit hohen Kosten verbunden.
  • DE 102 40 067 B4 zeigt ein Einspritzsystem mit einem zusätzlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil, das in einem Ansaugstutzen stromaufwärts von dem Verzweigungspunkt zu den Zylindern angeordnet ist.
  • DE 103 10 437 A1 und DE 199 45 544 A1 offenbaren ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem zusätzlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil, dass in einem Ansaugstutzen nahe am Ansaugventil angeordnet ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kraftstoffeinspritzung von fremd gezündeten Motoren mit Direkteinspritzung zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird Erfindung gemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 beziehungsweise 8 gelöst.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für einen fremd gezündeten Motor mit Direkteinspritzung ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil angeordnet in einer Einlaßkammer eines Ansaugstutzens des Motors. Das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil, das zusätzlich zu den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen vorgesehen ist, vermeidet die erwähnte Inhomogenität bei der Herstellung des Gemisches. Dies vermeidet fette Zonen, welche von der erhöhten Menge von Treibstoff hervorgerufen werden, und verhindert oder reduziert Emissionen mit hohem Ruß- und Partikelanteil. Die Anordnung des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils in oder vor der Einlaßkammer verhindert oder reduziert die Benetzung der Wand mit Treibstoff. Die Erfindung bietet eine gute Lösung bei geringen Kosten. Darüber hinaus wird die Gefahr von Ablagerungen an den Einlaßventilen von Motoren mit Direkteinspritzung minimiert.
  • Ein Eingang des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils kann mit einer Kraftstoffleitung von in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen in Verbindung stehen. Diese Lösung benötigt lediglich eine Erweiterung der Kraftstoffleitung, was kostengünstig ist.
  • Das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil kann mehrere Sprühkegel aufweisen. Mehrere Sprühkegel bieten eine noch höhere Homogenität des Gemisches.
  • Ein Sprühkegel kann für jeden Zylinder des Motors vorgesehen sein, um eine gute und gleichmäßige Verteilung des Gemisches zu erzielen. Es ist auch möglich, eine andere Anzahl von Sprühkegeln vorzusehen, zum Beispiel einen Sprühkegel für zwei Zylinder.
  • Ein Sprühkegel des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils kann im wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung zu einem Ansaugrohr des Motors ausgerichtet sein. Diese Ausrichtung reduziert die Wandbenetzung bei gleichzeitig guter Vermischung.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines fremd gezündeten Motors mit Direkteinspritzung mit einer wie zuvor beschriebenen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage nach einem Start des Motors, während der Erwärmung des Katalysators in einem homogenen Verbrennungsmodus (Homogen Split Modus HSP), oder einem homogenen/geschichteten Verbrennungsmodus (Homogen Late Split Modus HLSP), die Kraftstoffmenge für einen Einspritzvorgang aufgeteilt. Eine erste Kraftstoffmenge wird von dem im Ansaugtrakt befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil zur Verfügung gestellt. Eine zweite Kraftstoffmenge, d. h. der restliche Anteil der Kraftstoffmenge für den Einspritzvorgang kann von den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen zur Verfügung gestellt werden. Dieses Verfahren reduziert die Anzahl der Partikel während der Aufheizung des Katalysators.
  • Nach der kritischen Warmlaufphase (auf die Emissionen bezogen) übernehmen die konventionellen in den Zylindern befindlichen Kraftstoffeinspritzventile die Einspritzung des Kraftstoffs. Der Umschaltpunkt zwischen dem im Ansaugtrakt befindlichen Hochdruck Kraftstoffeinspritzventil und den in den Zylindern befindlichen Kraftstoffeinspritzventilen kann z. B. eine bestimmte Temperatur des Katalysators sein. Es kann ferner ein abgestufter Übergang zwischen den beiden Arten der Einspritzung vorgesehen sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betreiben einen fremd gezündeten Motors mit Direkteinspritzung mit einer wie zuvor beschriebenen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage während einer transienten Beschleunigung eine zusätzlich benötigte Kraftstoffmenge in einer Anfangsphase der Beschleunigung von dem im Ansaugtrakt befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren vermeidet fette Zonen, welche durch die erhöhte Kraftstoffmenge hervorgerufen werden, und verhindert so Emissionen mit hohem Partikelgehalt.
  • Nach der Anfangsphase der Beschleunigung kann die zusätzlich benötigte Kraftstoffmenge von den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen übernommen werden. Die Übernahme geschieht über eine gewisse Zeit und kann einem fixen oder variablen Zeitschema folgen. Die Übernahme kann auch von weiteren Eingaben wie der benötigten Kraftstoffmenge oder weiteren Sensordaten abhängen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:
  • 1 eine erste schematische Darstellung einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für einen fremd gezündeten Motor mit Direkteinspritzung gemäß der Erfindung.
  • 2 eine zweite schematische Darstellung einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für einen fremd gezündeten Motor mit Direkteinspritzung gemäß der Erfindung. Gezeigt wird dabei die Ansicht von rechts der 1.
  • 3 eine dritte schematische Darstellung einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für einen fremd gezündeten Motor mit Direkteinspritzung gemäß der Erfindung.
  • Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
  • 1 zeigt eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage 1 für einen fremd gezündeten Motor mit Direkteinspritzung. Zum erleichterten Verständnis ist lediglich ein Teil des Ansaugstutzens 3 des Motors dargestellt. Eine einzelne Leitung 4 des Einlaßsystems ist in Verbindung mit einer Einlaßkammer 5 des Ansaugstutzens 3. Von der Einlaßkammer 5 verzweigen mehrere Ansaugrohre 6 zu den Zylindern des Motors. Ein oder zwei Ansaugrohre 6 sind pro Zylinder vorgesehen.
  • In einem Normalbetrieb wie bei konventionellen Motoren strömt Luft durch die einzelne Leitung 4 in die Einlaßkammer 5 und von dort über die Ansaugrohre 6 in die Zylinder, wo die Luft mit Kraftstoff gemischt und gezündet wird.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 in der Einlaßkammer 5 des Ansaugstutzens 3 des Motors vorgesehen. Eine Eingangsseite des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils 7 ist mittels einer Leitung 8 an eine Kraftstoffleitung 9 angeschlossen. Die Kraftstoffleitung 9 versorgt die in den Zylindern befindlichen Kraftstoffeinspritzventile mit Kraftstoff. Die Kraftstoffleitung 9 ist eine Hochdruck-Kraftstoffleitung.
  • Das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 ist in der Einlaßkammer 5, das heißt an der Verzweigung der Ansaugleitung angeordnet. Das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 ist in Richtung der Ansaugrohre 6 ausgerichtet, so dass von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 eingespritzter Kraftstoff in die Richtung der Ansaugrohre 6 strömt. Aufgrund der Einspritzung in der Einlaßkammer 5 wird eine Benetzung der Wände mit Kraftstoff verhindert.
  • 2 zeigt wie das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 Kraftstoff in die Einlaßkammer 5 einspritzt. Hier hat das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 vier Sprühkegel 10. Die Sprühkegel 10 sind in Richtung der Ansaugrohre 6 orientiert. Auf diese Weise ist eine gute Verteilung des Kraftstoffs auf die Ansaugrohre 6 gegeben während zugleich eine Benetzung der Wände mit Kraftstoff vermieden wird. Zur Anpassung an Besonderheiten des Motors können die Sprühkegel 10 ausgerichtet werden.
  • Während des Erwärmens des Katalysators, im HSP oder HLSP Modus, wird der erste Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge eines Einspritzvorganges von dem im Ansaugtrakt befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 zur Verfügung gestellt, um Inhomogenitäten des Gemisches zu vermeiden, welche fetten Zonen mit Lambda kleiner 1 erzeugen. Der restliche Anteil der Kraftstoffmenge des Einspritzvorganges wird von den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen zur Verfügung gestellt. Nachdem der Katalysator erwärmt ist, wird die Kraftstoffeinspritzung auf die in die Zylinder mündenden Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventile übertragen. Die folgenden Kraftstoffmengen können von den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen zur Verfügung gestellt werden aber auch von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7, falls es die Situation erfordern sollte.
  • Während einer transienten Beschleunigung wird eine gewisse Menge an Kraftstoff zusätzlich benötigt, um die gestiegene Anfrage zu befriedigen. In einer Startphase der Beschleunigung stellt das im Ansaugtrakt befindliche Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 die zusätzliche Kraftstoffmenge zur Verfügung, während die in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventile die Grundlast liefern. Nach der Startphase der Beschleunigung wird die zusätzlich benötigte Kraftstoffmenge auf die in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventile überführt. Im Falle einer kurzen transienten Beschleunigung kann es sein, dass die zusätzlich benötigte Kraftstoffmenge von dem im Ansaugtrakt befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 alleine geliefert wird. Dann wird die Einspritzung durch das im Ansaugtrakt befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 beendet, wenn die Beschleunigung stoppt, anstatt dass auf die in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventile überführt wird.
  • Die Überleitung von dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 zu den in die Zylinder mündenden Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen kann gewissen Bedingungen folgen wie zum Beispiel dem Erreichen von Schwellwerten von Sensordaten. Sensordaten umfassen Daten des Motors, des Motor-Managementsystems, des Abgassystems, des Katalysatorsystems und/oder der Umgebungssensoren. Meßgrößen wie Temperatur, Druck etc. können ebenso verwendet werden.
  • 3 zeigt schematisch eine Dreizylinderbrennkraftmaschine 2 in der Ansicht von oben. Zu sehen sind eine Hockdruckkraftstoffpumpe 11, drei Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventile 7, wobei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine 2 ein Einspritzventil 7 zugeordnet ist. Eine Kraftstoffleitung 9 versorgt die Kraftstoffeinspritzventile 7 mit Kraftstoff unter Hockdruck. Ein weiteres Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil 7 ist im Ansaugtrakt, d. h. in der Leitung 4 angeordnet und wird ebenfalls mit Kraftstoff aus der Kraftstoffleitung 9 über die Leitung 8 versorgt. Die Leitung 4 mündet in die Einlaßkammer 5, von der die Ansaugrohre 6 zu den einzelnen Zylindern führen. Die Einspritzung in die Leitung 4 erfolgt vorzugsweise mit nur einem Sprühkegel, da der lange Ansaugweg über die Einlaßkammer 5 und die Ansaugrohre 6 in die Zylinder für eine gute Gemischbildung sorgt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10240067 B4 [0004]
    • DE 10310437 A1 [0005]
    • DE 19945544 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage für einen fremd gezündeten Motor (2) mit Direkteinspritzung, aufweisend ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil (7) angeordnet in einer Einlaßkammer (5) eines Ansaugstutzens (3) des Motors (2).
  2. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage gemäß Anspruch 1, wobei ein Eingang des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils (7) mit einer Kraftstoffleitung (9) von in die Zylinder mündenden Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen in Verbindung steht.
  3. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil (7) mehrere Sprühkegel (10) aufweist.
  4. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage gemäß Anspruch 3, wobei ein Sprühkegel (10) für jeden Zylinder des Motors (2) vorgesehen ist.
  5. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Sprühkegel (10) des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventils (7) im wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung zu einem Ansaugrohr (6) des Motors (2) ausgerichtet ist.
  6. Verfahren zum Betreiben einen fremd gezündeten Motors (2) mit Direkteinspritzung mit einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nach einem Start des Motors (2) der erste Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge eines Einspritzvorganges von dem im Ansaugtrakt angeordneten Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil (7) zur Verfügung gestellt wird.
  7. Verfahren zum Betreiben einen fremd gezündeten Motors (2) mit Direkteinspritzung gemäß Anspruch 6, wobei der zweite Anteil der eingespritzten Kraftstoffmenge von den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen zur Verfügung gestellt wird während ein Katalysator aufgewärmt wird.
  8. Verfahren zum Betreiben einen fremd gezündeten Motors (2) mit Direkteinspritzung mit einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzanlage (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei während einer transienten Beschleunigung eine zusätzlich benötigte Kraftstoffmenge in einer Anfangsphase der Beschleunigung von dem im Ansaugtrakt angeordneten Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventil (7) zur Verfügung gestellt wird.
  9. Verfahren zum Betreiben einen fremd gezündeten Motors (2) mit Direkteinspritzung gemäß Anspruch 8, wobei nach der Anfangsphase der Beschleunigung die zusätzlich benötigte Kraftstoffmenge von den in den Zylindern befindlichen Hochdruck-Kraftstoffeinspritzventilen übernommen wird.
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