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Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der eine Zündeinrichtung zur Einleitung der Fremdzündung und eine Einspritzvorrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders aufweist, wobei die Einspritzvorrichtung zumindest bereichsweise eine katalytische Beschichtung zur Oxidation von Verkokungsrückständen aufweist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.
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Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
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Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors, der mit einem homogenen Brennstoff-Luft-Gemisch betrieben wird, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d. h. mittels Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat aber aufgrund der Drosselverluste im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.
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Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens besteht in der Entwicklung hybrider Brennverfahren und basiert auf der Übernahme technischer Merkmale des traditionellen dieselmotorischen Verfahrens, das charakterisiert ist durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung und die Qualitätsregelung.
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Der geringe Kraftstoffverbrauch der Dieselmotoren resultiert unter anderem aus der Qualitätsregelung, bei der die Last über die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird.
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Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird daher als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Eine gewisse Entdrosselung der Brennkraftmaschine kann bereits dadurch erreicht werden, dass in bestimmten Betriebsbereichen eine Qualitätsregelung zum Einsatz kommt. Eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum läßt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.
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Die Schichtladung ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisierbar ist, sondern sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist, wobei im Bereich der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration vorliegt.
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Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.
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Da durch die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum nur wenig Zeit zur Aufbereitung eines zünd- und brennfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Verfügung steht, sind direkteinspritzende ottomotorische Verfahren wesentlich empfindlicher gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere bei der Einspritzung, und der Zündung als herkömmliche ottomotorische Verfahren.
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Die Inhomogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches ist auch ein Grund dafür, dass die vom dieselmotorischen Verfahren her bekannten Partikelemissionen beim direkteinspritzenden Ottomotor ebenfalls von Relevanz sind, wohingegen diese Emissionen beim traditionellen Ottomotor nahezu keine Bedeutung haben.
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Probleme bei der direkten Einspritzung von Kraftstoff bereitet die Verkokung der Einspritzvorrichtung, beispielsweise einer zur Einspritzung verwendeten Einspritzdüse. Dabei Verbrennen kleinste Mengen an Kraftstoff, die beim Einspritzen an der Einspritzvorrichtung haften bleiben, unter Sauerstoffmangel unvollständig.
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An der Einspritzvorrichtung bilden sich Ablagerungen von Verkokungsrückständen. Zum einen können diese Verkokungsrückstände die Geometrie der Einspritzvorrichtung nachteilig verändern und die Ausbildung des Einspritzstrahls beeinflussen bzw. behindern und auf diese Weise die Gemischaufbereitung empfindlich stören.
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Zum anderen lagert sich eingespritzter Kraftstoff in den porösen Verkokungsrückstände ein, der dann häufig gegen Ende der Verbrennung, wenn der für die Verbrennung bereitgestellte Sauerstoff nahezu aufgebraucht ist, unvollständig verbrennt und Ruß bildet, welcher wiederum zur Erhöhung der Partikelemissionen beiträgt.
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Zudem können sich Verkokungsrückstände ablösen, beispielsweise infolge mechanischer Beanspruchung, bedingt durch eine sich im Brennraum ausbreitende Druckwelle oder Einwirkung des Einspritzstrahls. Die auf diese Weise abgelösten Rückstände können zu Beschädigungen im Abgasabführsystem führen und beispielsweise die Funktionstüchtigkeit von im Abgasabführsystem vorgesehenen Systemen zur Abgasnachbehandlung beeinträchtigen.
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Aus dem Stand der Technik sind Konzepte bekannt, die dem Aufbau von Verkokungsrückständen entgegenwirken sollen und/oder dazu dienen, Ablagerungen von Verkokungsrückständen abzubauen, d. h. den Brennraum von diesen Verkokungsrückständen zu befreien und zu reinigen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 199 45 813 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei dem bei Erkennen von Ablagerungen im Brennraum, beispielsweise auf einem Einspritzventil, gezielt Maßnahmen zur Reinigung des Brennraums ergriffen werden, wobei über eine Aussetzerkennung auf Ablagerungen im Brennraum geschlossen wird. Als Maßnahmen zur Reinigung des Brennraums werden das gezielte Herbeiführen einer klopfenden Verbrennung und/oder das Einbringen einer Reinigungsflüssigkeit in die angesaugte Verbrennungsluft vorgeschlagen. Beide Maßnahmen sind hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen als kritisch anzusehen.
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Als besonders vorteilhafte Reinigungsflüssigkeit wird Wasser vorgeschlagen, durch dessen Einspritzung die Verbrennungstemperatur abgesenkt wird, wodurch gleichzeitig die Emission an Stickoxiden (NOx) reduziert werden kann. Das Einspritzen von Wasser eignet sich aber nicht im Teillastbetrieb bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen, da Korrosion im Brennraum und im Abgasabführsystem zu befürchten ist und sich Nachteile beim Verschleiß ergeben können.
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Die europäische Patentschrift
EP 1 404 955 B1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, deren mindestens einer Brennraum zumindest bereichsweise eine katalytische Beschichtung der Oberfläche zur Oxidation von Verkokungsrückständen aufweist. Die katalytische Schicht soll die Oxidation von Verkokungsrückständen fördern, nämlich eine schnelle Oxidation des kohlenstoffhaltigen Belags an einer Grenzfläche zwischen Katalysator und Belag bei typischen Betriebstemperaturen bewirken und damit eine frühzeitige Ablösung der Ablagerung unter Wirkung der vorhandenen Strömung. Auf diese Weise soll ein Anwachsen der Rückstände reduziert oder sogar vollständig unterdrückt werden.
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Nachteilig an dem in der
EP 1 404 955 B1 beschriebenen Verfahren zur Reduzierung von Verkokungsrückständen mittels Oxidation ist, dass die für die Oxidation erforderlichen Mindesttemperaturen auch bei Verwendung katalytischer Materialien im Teillastbetrieb bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen nicht immer erreicht werden. Es sind aber gerade diese Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, nämlich niedrige Lasten und/oder niedrige Drehzahlen, die die Bildung von Ablagerungen der in Rede stehenden Art fördern, d. h. begünstigen, und eines Verfahrens zur Entfernung dieser Ablagerungen bedürfen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 101 17 519 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, bei der die Einlaßventileinheit eines Zylinders gezielt mit einer die Wärmeableitung behindernden Maßnahme ausgestattet, d. h. ausgebildet ist, um die Oberflächentemperatur im Bereich der Kehlung des Einlaßventils zu erhöhen. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, dass zumindest in der Kehlung die für den Abbau von Verkokungsrückständen erforderlichen hohen Temperaturen während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine öfter bzw. regelmäßig erreicht werden.
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Nichtsdestotrotz wird der Bereich im Last-Drehzahl-Kennfeld, in dem die erforderlichen Temperaturen tatsächlich erreicht werden, lediglich aufgeweitet, d. h. vergrößert. Der Bereich, in dem die zum Abbau von Verkokungsrückständen erforderlichen Mindesttemperaturen von 380°C vorliegen, liegt nahe bzw. benachbart zur Vollastlinie bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten. Verfahrenstechnische Maßnahmen zur gezielten Erhöhung der Bauteiltemperatur in anderen Kennfeldbereichen werden gemäß der
DE 101 17 519 A1 nicht ergriffen. Vielmehr verläßt man sich darauf, dass sich die erforderlichen Temperaturen während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine in entsprechenden Bereichen des Last-Drehzahl-Kennfeldes von selbst einstellen.
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Insofern ermöglicht auch das Verfahren der
DE 101 17 519 A1 nicht den Abbau von Verkokungsrückständen, d. h. die Reinigung mittels Oxidation, bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine.
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Die vorstehend beschriebene Problematik gewinnt während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine noch zusätzlich an Bedeutung, insbesondere unmittelbar nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, wenn die Bauteiltemperaturen besonders niedrig sind. Denn das niedrige Temperaturniveau begünstigt nicht nur die Bildung von Verkokungsrückständen, sondern erschwert auch die Beseitigung dieser Rückstände.
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Vor dem Hintergrund des zuvor Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der Ablagerungen von Verkokungsrückständen an der Einspritzvorrichtung wirksam und gezielt unter sämtlichen Betriebsbedingungen, insbesondere auch im Teillastbetrieb, entfernt werden können.
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Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
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Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der eine Zündeinrichtung zur Einleitung der Fremdzündung und eine Einspritzvorrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders aufweist, wobei die Einspritzvorrichtung zumindest bereichsweise eine katalytische Beschichtung zur Oxidation von Verkokungsrückständen aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einspritzvorrichtung mit einer elektrischen Heizeinrichtung zur Erhöhung der Bauteiltemperatur im Bereich der katalytischen Beschichtung ausgestattet ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann die Temperatur der Einspritzvorrichtung im Bereich der katalytischen Beschichtung mittels elektrischer Heizeinrichtung gezielt angehoben werden, so dass unter sämtlichen Betriebsbedingungen, insbesondere auch im Teillastbetrieb bzw. bei niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen, die für die Oxidation von Verkokungsrückständen erforderlichen Mindesttemperaturen erreicht bzw. generiert werden können.
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Im Gegensatz zu den in der
EP 1 404 955 B1 und der
DE 101 17 519 A1 beschriebenen Brennkraftmaschinen, bei denen die Bauteiltemperatur nicht gezielt durch verfahrenstechnische Maßnahmen beeinflußt, insbesondere nicht angehoben, wird bzw. werden kann, verläßt man sich erfindungsgemäß nicht darauf, dass sich die für die Oxidation von Verkokungsrückständen erforderlichen Temperaturen während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine von selbst einstellen. Vielmehr wird auf die Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung mittels elektrischer Heizeinrichtung Einfluß genommen, so dass der Abbau von Verkokungsrückständen unter sämtlichen Betriebsbedingungen gezielt gesteuert und durchgeführt werden kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der Ablagerungen von Verkokungsrückständen an der Einspritzvorrichtung wirksam und gezielt unter sämtlichen Betriebsbedingungen, insbesondere auch im Teillastbetrieb, entfernt werden können.
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Die mit einer elektrischen Heizeinrichtung ausgestattete Einspritzvorrichtung eröffnet zudem die Möglichkeit, den in den Brennraum des mindestens einen Zylinders einzubringenden Kraftstoff während des Einspritzvorganges beim Passieren der Einspritzvorrichtung vorzuwärmen. Dies unterstützt in vorteilhafter Weise die Gemischaufbereitung, insbesondere die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes, sowie die Einleitung der für die Verbrennung erforderlichen Vorreaktionen. Das Erwärmen des Kraftstoffes mittels Heizeinrichtung erweist sich als besonders vorteilhaft während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart und in Betriebsbereichen mit niedrigen Temperaturen, beispielsweise Betriebsbereichen mit niedrigen Lasten und niedrigen Drehzahlen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen weniger als die Hälfte der Oberfläche der in den Brennraum hineinragenden Einspritzvorrichtung eine katalytische Beschichtung aufweist.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen weniger als ein Viertel der Oberfläche der in den Brennraum hineinragenden Einspritzvorrichtung eine katalytische Beschichtung aufweist.
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Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen weniger als ein Sechstel der Oberfläche der in den Brennraum hineinragenden Einspritzvorrichtung eine katalytische Beschichtung aufweist.
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Die drei vorstehenden Ausführungsformen tragen dem Umstand Rechnung, dass die Ausstattung der Einspritzvorrichtung mit einer katalytischen Beschichtung im Rahmen einer Oberflächenbehandlung eine kostenintensive Maßnahme ist und daher nur in dem erforderlichen Umfang erfolgen sollte, d. h. in einem eng begrenzten Bereich, der von einer derartigen Beschichtung auch profitieren kann.
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In der Regel sind das freie Ende der Einspritzvorrichtung bzw. die Spitze der Einspritzdüse gefährdete Bereiche im Hinblick auf die Ausbildung von Ablagerungen bzw. dem Aufbau von Verkokungsrückständen, denn in diesen Bereichen treten die in der Düse integrierten Kraftstoffkanäle aus der Düse aus und bilden zum Brennraum hin offene Düsenöffnungen aus.
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Auch aus den vorstehend genannten Gründen sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen das freie Ende der in den Brennraum hineinragenden Einspritzvorrichtung eine katalytische Beschichtung aufweist.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen nur das freie Ende der in den Brennraum hineinragenden Einspritzvorrichtung eine katalytische Beschichtung aufweist.
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Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Einspritzvorrichtung an ihrem freien Ende eine flache Stirnseite als Spitze aufweist, d. h. ausbildet, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen – vorzugsweise nur – diese flache Stirnseite eine katalytische Beschichtung aufweist.
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Die flache Stirnseite der Einspritzvorrichtung schließt vorzugsweise mit der sie umgebenden Brennrauminnenwand bündig ab, wobei an der Stirnseite der Einspritzvorrichtung mehrere Kraftstoffkanäle unter Ausbildung von Düsenöffnungen austreten, die dem Einbringen von Kraftstoff in den Brennraum dienen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die elektrische Heizeinrichtung in der Art in die Einspritzvorrichtung integriert ist, dass die Bauteiltemperatur im Wesentlichen im Bereich der katalytischen Beschichtung erhöht wird.
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Diese Ausführungsform trägt dem Umstand Rechnung, dass es der primäre Zweck der Heizeinrichtung ist, im Zusammenwirken mit der katalytischen Beschichtung den Ablagerungen an der äußeren Oberfläche der Einspritzvorrichtung entgegen zu wirken und die dortigen Verkokungsrückstände zu beseitigen, d. h. die Oberflächenreinigung infolge Oxidation zu gewährleisten. Vor diesem Hintergrund ist es sinnvoll, die Heizeinrichtung dahingehend auszubilden und in die Einspritzvorrichtung zu integrieren, dass schwerpunktmäßig die Temperatur in den relevanten Bereichen, d. h. in der katalytischen Beschichtung auf der äußeren Oberfläche der Einspritzvorrichtung, erhöht wird.
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Ein gewisser Wärmeeintrag in das Innere der Einspritzdüse kann jedoch auch vorteilhaft sein, um beispielweise den in den Kanälen geführten Kraftstoff beim Passieren der Einspritzvorrichtung vor zu erwärmen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzvorrichtung eine Einspritzdüse ist.
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Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine einer zuvor beschriebenen Art, bei der die Einspritzvorrichtung mit einer elektrischen Heizeinrichtung ausgestattet ist, aufzuzeigen, wird mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung im Bereich der katalytischen Beschichtung mittels Heizeinrichtung erhöht wird, um die Oxidation von Verkokungsrückständen zwecks Reinigung einzuleiten und zu unterstützten.
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Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Reinigung mittels Oxidation bei Erkennen einer vorgebbaren Menge von an der Einspritzvorrichtung abgelagerten Verkokungsrückständen eingeleitet wird.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Menge von an der Einspritzvorrichtung abgelagerten Verkokungsrückständen mittels Rechenmodell abgeschätzt wird und die auf diese Weise ermittelte Menge mit der vorgebbaren Menge verglichen wird, wobei die Reinigung mittels Oxidation eingeleitet wird, sobald die vorgebbare Menge überschritten wird.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Reinigung mittels Oxidation eingeleitet wird, sobald eine vorgebbare Betriebsdauer der Brennkraftmaschine überschritten wird oder eine vorgebbare Fahrstrecke von einem die Brennkraftmaschine verwendenden Fahrzeug absolviert wurde.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Reinigung mittels Oxidation bei niedriger Last und/oder niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
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Wie bereits ausgeführt wurde, kann bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine den Ablagerungen von Verkokungsrückständen auch im Teillastbetrieb entgegengewirkt werden, nämlich mittels Heizvorrichtung zur Generierung der erforderlichen Mindesttemperaturen.
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Das Verfahren bei niedriger Last und niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine gemäß der in Rede stehenden Verfahrensvariante durchzuführen, ist vorteilhaft, da diese Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Bildung und die Ablagerung von Verkokungsrückständen begünstigen. Bei niedriger Last und niedriger Drehzahl ist daher der Bedarf für ein Verfahren zur Entfernung dieser Ablagerungen besonders groß.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung nach einem Kaltstart während der Warmlaufphase zumindest zeitweise erhöht wird. Nach einem Kaltstart sind die Bauteiltemperaturen, insbesondere auch die Temperaturen der Einspritzvorrichtung, besonders niedrig, so dass während dieser Betriebsphase der Brennkraftmaschine ein besonderer Bedarf dafür besteht, die Bauteiltemperaturen mittels Heizvorrichtung zu erhöhen, d. h. die Einspritzvorrichtung, insbesondere im Bereich der katalytischen Beschichtung, zu erhitzen bzw. zu erwärmen.
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Zu berücksichtigen ist dabei, dass mittels Heizvorrichtung bzw. durch das Erhöhen der Bauteiltemperaturen nicht nur eine Oxidation zum Zwecke der Reinigung eingeleitet und unterstützt werden kann, sondern vielmehr auch Ablagerungen in Form von Verkokungsrückständen bereits von der Entstehung an entgegengewirkt wird.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Einspritzdruck, mit dem die Einspritzvorrichtung Kraftstoff in den Brennraum einspritzt, erhöht wird, um die Reinigung mittels Oxidation zu unterstützen. Dabei wird davon ausgegangen, dass der in den Brennraum eintretende Kraftstoffstrahl auf die Ablagerungen einwirkt und die Ablagerungen teilweise ablöst, wobei die Wirkung des Kraftstoffstrahls mit dem Einspritzdruck zunimmt.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen eine klopfende Verbrennung initiiert wird, um die Reinigung mittels Oxidation zu unterstützen. Die infolge der klopfenden Verbrennung erzeugten Druckschwingungen überlagern den normalen Druckverlauf und erzeugen starke hochfrequente Vibrationen, welche die Ablagerungen entfernen können. Die klopfende Verbrennung sollte aber nur kurzzeitig zur Unterstützung der Reinigung mittels Oxidation eingesetzt werden, da diese auch zu einer hohen Beanspruchung der übrigen Bauteile führt und Beschädigungen hervorrufen kann.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung angehoben wird, indem der Zündzeitpunkt nach früh verschoben wird.
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Eine Verstellung des Zündzeitpunktes nach früh, d. h. ausgehend von einem 720°KW umfassenden Arbeitspiel zu kleineren Kurbelwinkeln hin, verschiebt den Schwerpunkt der Verbrennung, d. h. den Verbrennungsprozeß, in die Nähe des oberen Totpunktes bzw. in die Kompressionsphase. Durch diese Maßnahme lassen sich die Prozeßdrücke und Prozeßtemperaturen steigern. Die höheren Verbrennungstemperaturen führen zwangsläufig auch zu höheren Bauteiltemperaturen, insbesondere zu höheren Temperaturen der den Brennraum begrenzenden Bauteile und Wandungen und damit auch zu einer höheren Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung angehoben wird, indem der Zündzeitpunkt ausgehend von einem hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimierten Zündzeitpunkt nach früh verschoben wird. Diese Verfahrensvariante trägt dem Umstand Rechnung, dass die Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine vorzugsweise hinsichtlich eines geringen Kraftstoffverbrauchs und eines guten Emissionsverhaltens kalibriert und festgelegt werden.
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Dient eine Verschiebung des Zündzeitpunkts nach früh der Anhebung der Temperatur, kann der Zündzeitpunkt nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der in Rede stehenden Variante wieder in den hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs optimierten Zündzeitpunkt nach spät verschoben werden.
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Ist die Brennkraftmaschine mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen das Erhöhen der Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung unterstützt wird, indem die Temperatur der Kühlflüssigkeit der Flüssigkeitskühlung angehoben wird. Je weniger Wärme mittels Kühlflüssigkeit abgeführt wird, desto höher sind die Bauteiltemperaturen und damit auch die Bauteiltemperatur der vorliegend relevanten Einspritzvorrichtung. Darüber hinaus lagert sich durch das Anheben der Temperatur der Kühlflüssigkeit weniger Kraftstoff in den Verkokungsrückständen ein bzw. ab.
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Bei Brennkraftmaschinen, die mit einer Ladeluftkühlung ausgestattet sind, sind Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft, bei denen das Erhöhen der Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung unterstützt wird, indem die Ladeluftkühlung umgangen wird.
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Häufig wird bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters in der Ansaugleitung vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt dabei eine Verdichtung durch Kühlung.
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Soll hingegen die Bauteiltemperatur der Einspritzvorrichtung angehoben werden, ist es vorteilhaft, die Ladeluftkühlung entsprechend der vorliegenden Verfahrensvariante zu umgehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß der 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 schematisch im Querschnitt eine als Einspritzvorrichtung dienende Einspritzdüse einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
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1 zeigt schematisch im Querschnitt eine als Einspritzvorrichtung 1 dienende Einspritzdüse 1a einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
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Bei der in 1 dargestellten Einspritzdüse 1a handelt es sich um eine Mehrlochdüse, bei der sich die Kraftstoffversorgungsleitung 4 am freien Ende 1b der Düse 1a in mehrere Kraftstoffkanäle 4 gabelt, die unter Ausbildung von Düsenöffnungen 4a aus der Düsenspitze 1b austreten.
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Die Einspritzdüse 1a weist im Bereich der Düsenspitze 1b eine katalytische Beschichtung 2 auf, welche die Oxidation von Verkokungsrückständen unterstützt. Um die Oxidation von Verkokungsrückständen zwecks Reinigung einzuleiten und zu unterstützten, ist die Einspritzdüse 1a mit einer elektrischen Heizeinrichtung 3 ausgestattet, die über elektrische Leitungen 3a mit Strom versorgt wird und die Bauteiltemperatur der Einspritzdüse 1a im Bereich der katalytischen Beschichtung 2 erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einspritzvorrichtung
- 1a
- Einspritzdüse
- 1b
- Düsenspitze, freies Ende
- 2
- katalytische Beschichtung
- 3
- elektrische Heizeinrichtung
- 3a
- elektrische Leitung
- 4
- Kraftstoffkanal
- 4a
- Düsenöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19945813 A1 [0018]
- EP 1404955 B1 [0020, 0021, 0030]
- DE 10117519 A1 [0022, 0023, 0024, 0030]
