DE102016122892A1 - Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor, aufweisend einen Separator (330), der in einer Einlassöffnung (300) angeordnet ist, die derart konfiguriert ist, dass sie Luft in eine Brennkammer (200) zuführt, die in einem Zylinderkopf (100) ausgebildet ist, wobei der Separator (330) derart konfiguriert ist, dass er einen Kanal (310) für Luft in einen oberen Kanal (311) und einen unteren Kanal (313) teilt, ein Blatt (400), das vor dem Separator (330) angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass es den oberen Kanal (311) oder den unteren Kanal (313) durch Drehen öffnet oder schließt, und eine erste Einspritzdüse (500), die über der Einlassöffnung (300) angeordnet ist, wobei, wenn die erste Einspritzdüse (500) Kraftstoff einspritzt, das Blatt (400) den Kraftstoff nicht beeinflusst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor, der mit sowohl einer Benzindirekteinspritzung (GDI) als auch einer Mehrpunkteinspritzung (MPI) ausgestattet ist, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und die Emissionsstoffe (EM) zu reduzieren.
  • Die Entwicklung der GDI begann mit einer zunehmenden Forderung nach der Entwicklung einer Hochdruckeinspritzdüse und der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz. Ein GDI-Motor kann die Kraftstoffeffizienz durch ein Verbrennungssystem, das eine ultramagere Verbrennung von etwa 40:1 während eines Teillastbetriebs durchführen kann, erheblich verbessern.
  • Wie in 1 gezeigt, weist ein GDI-Motor eine Einlassöffnung 12 zum Führen von Ansaugluft mit einer starken Verwirbelung in eine Brennkammer 11 und eine Auslassöffnung 13 zum Auslassen von Verbrennungsgas auf, wobei eine Einspritzdüse 14, die Kraftstoff in die Brennkammer 11 direkt einspritzt, an einer Seite von der Einlassöffnung 12 angeordnet ist, und eine Zündkerze 11, die den von der Einspritzdüse 14 eingespritzten Kraftstoff durch Erzeugen eines Funkens zündet, über der Brennkammer 11 angeordnet ist. Insbesondere ist eine Mulde 17 zur Verbesserung der Strömung der Ansaugluft am Boden eines Kolbens 16 ausgebildet.
  • Dementsprechend wird die Strömung der über die Einlassöffnung 12 in die Mulde 17 strömenden Ansaugluft verbessert, während sie an der Wand der Mulde 17 strömt, und der von der Einspritzdüse 14 direkt eingespritzte Kraftstoff trifft auf die Wand der Mulde 17, wodurch er an einer heißen Fläche des Kolbens 16 verdampft und beim Verdampfen infolge der starken Strömung der Ansaugluft in der Mulde 17 mit der Ansaugluft vermischt wird, wodurch ein geschichtetes Gasgemisch erzeugt wird. Obwohl das Gasgemisch in der gesamten Brennkammer in einem ultramageren Zustand ist, wird ein geschichtetes kondensiertes Gasgemisch um die Zündkerze herum erzeugt, und eine Verbrennung tritt in diesem Zustand auf.
  • Wie oben beschrieben, wird die Strömung der Ansaugluft verbessert, wenn die Ansaugluft auf die Wand der Mulde 17 trifft, die in dem Boden des Kolbens 16 ausgebildet ist, und der von der Einspritzdüse 15 eingespritzte Kraftstoff ebenfalls auf die Wand der Mulde 17 trifft. Der Bereich der Mulde 17, auf den der Kraftstoff trifft, wird eine Muldenführungswand genannt.
  • Es wurde festgestellt, dass der Kraftstoff, der in die Mulde 17 eingespritzt wird und auf die Wand des Kolbens 16 trifft, später verdampft als der Kraftstoff, der nicht auf die Wand des Kolbens 16 trifft. Dementsprechend ist der Kraftstoff, der später verdampft, später an der Verbrennung beteiligt, so dass er Ruß erzeugt und den Ausstoß von Kohlenwasserstoff (HC) erhöht.
  • Insbesondere wurde herausgefunden, dass unter Kaltstartbedingungen (z.B. wenn der Kolben nicht erwärmt ist) eine größere Menge von Rauch ausgestoßen wird, und die Strömung der Ansaugluft nur durch die Einlassöffnung verbessert wird, so dass die Leistung unter Volllast durch die Ladung in der Einlassöffnung verringert wird.
  • Mit der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor des sowohl GDI-Typs als auch MPI-Typs geschaffen, welche durch Verhinderung der Wandbenetzung mit Kraftstoff die Kraftstoffeffizienz verbessern kann und die EM reduzieren kann.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit aufweist: einen Separator, der in einer Einlassöffnung angeordnet ist, die derart konfiguriert ist, dass sie Luft in eine Brennkammer führt, die in einem Zylinderkopf ausgebildet ist, und der derart konfiguriert ist, dass er einen Kanal für Luft in einen oberen Kanal und einen unteren Kanal teilt, ein Blatt, das vor dem Separator angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass es den oberen Kanal oder den unteren Kanal durch Drehen öffnet oder schließt, und eine erste Einspritzdüse, die über der Einlassöffnung angeordnet ist, wobei, wenn die erste Einspritzdüse Kraftstoff einspritzt, das Blatt nicht mit dem Kraftstoff in Konflikt gelangt.
  • Ein hinteres Ende des Separators kann hinter einem Ende der ersten Einspritzdüse positioniert sein.
  • Der Separator und das Blatt können in einem einzigen Modul ausgebildet sein.
  • Die erste Einspritzdüse kann in dem Zylinderkopf angeordnet sein.
  • Ein Ventilwinkel des Zylinderkopfes ist ein vorbestimmter Wert oder kleiner derart, dass die erste Einspritzdüse in der Einlassöffnung angeordnet sein kann.
  • Eine zweite Einspritzdüse, die derart konfiguriert ist, dass sie Kraftstoff in die Brennkammer direkt einspritzt, kann unter der Einlassöffnung angeordnet sein.
  • Eine Ausweichnut kann an einem Ende des Separators ausgebildet sein, um eine gegenseitige Beeinflussung mit der ersten Einspritzdüse zu vermeiden, wenn Kraftstoff eingespritzt wird.
  • Die erste Einspritzdüse kann in einer Form von kombinierten mehreren ersten Einspritzdüsen sein, die eine geringere Kapazität als eine Kapazität der ersten Einspritzdüse in einer Form einer einzigen Einspritzdüse haben.
  • Eine Mehrzahl von Ausweichnuten können an einem Ende des Separators ausgebildet sein, um eine gegenseitige Beeinflussung mit den kombinierten mehreren ersten Einspritzdüsen zu vermeiden, wenn Kraftstoff eingespritzt wird.
  • Das Blatt kann sich um eine Drehachse drehen, und die Drehachse kann mit einer Antriebseinheit verbunden sein und von der Antriebseinheit gedreht werden.
  • Gemäß der Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor mit der oben beschriebenen Struktur ist es möglich, die Leistungszahl (PN) durch sowohl MPI und GDI zu verbessern, die Wandbenetzung mit Kraftstoff zu behindern oder zu verhindern, die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen und die EM durch Modulieren von VCM (Variable Ladungsbewegung) und VTS (Variables Verwirbelungssystem) und Positionieren von MPI hinter VTS zu reduzieren.
  • Ferner kann ein MPI+VTS+GDI-System in einer kompakten Struktur erreicht werden, so dass die Gestaltung weniger beschränkt ist, die Betriebsdrehzahl im Vergleich zu dem mechanischen Typ durch Antreiben von VCM mittels eines Elektromotors erhöht wird, und die Verbrennung durch Auslegen eines Verbrennungsmotors mit einer exakten Prognose des Zeitpunktes, zu dem die Verstärkung der Verwirbelung beginnt, stabil durchgeführt werden kann.
  • Ferner ist es möglich, einen Verlust von Kraftstoff zu reduzieren und den Kraftstoff entsprechend der Luftmenge mittels einer Mehrzahl von MPI-Einspritzdüsen mit relativ geringer Kapazität genau zu steuern.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine Ansicht einer Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik;
  • 2 eine Ansicht einer Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
  • 3 und 4 Ansichten einer Ausweichnut und eines Separators gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, Anwendung oder Benutzung zu beschränken. Es versteht sich, dass durch die Zeichnung hinweg die entsprechenden Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
  • Mit Bezug auf die Zeichnung wird nachfolgend eine Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Mit Bezug auf 2 umfasst eine Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor einen Separator 330, der in einer Einlassöffnung 300 angeordnet ist, welche Luft in eine Brennkammer 200 zuführt, die in einem Zylinderkopf 100 ausgebildet ist, und der einen Kanal 310 für Luft in einen oberen Kanal 311 und einen unteren Kanal 313 teilt, ein Blatt 400, das vor dem Separator 330 angeordnet ist und den oberen Kanal 311 oder den unteren Kanal 313 durch Drehen öffnet oder schließt, und eine erste Einspritzdüse 500, die über der Einlassöffnung 300 angeordnet ist, wobei, wenn die erste Einspritzdüse 500 Kraftstoff einspritzt, das Blatt 400 den Kraftstoff nicht beeinflusst, wodurch die Wandbenetzung behindert oder verhindert wird.
  • Ein Einlassventil 350 und ein Auslassventil 810 sind für die Brennkammer 200 des Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Einlassventil 350 mit der Einlassöffnung 300 verbunden ist, und das Auslassventil 810 mit einer Auslassöffnung 800 verbunden ist. Die Luft, die über ein Luftfiltergehäuse (nicht gezeigt), einen Zwischenbehälter (nicht gezeigt) und eine Drosselklappe (nicht gezeigt) von der Außenseite eines Fahrzeuges in die Brennkammer 200 zugeführt wird, wird mit Kraftstoff vermischt, der von der ersten Einspritzdüse 500 und einer zweiten Einspritzdüse 600 eingespritzt wird, und dann durch eine Zündkerze 700 in der Mitte der Brennkammer 200 gezündet und verbrannt.
  • Der Separator 330 und das Blatt 400 in der Einlassöffnung 300, welche die Ansaugluft in die Brennkammer 200 führt, verbessern die Verwirbelung für ein effizienteres Vermischen von Luft und Kraftstoff zur Verbrennung.
  • Der Separator 330 ist in der Einlassöffnung 300 angeordnet und teilt den Kanal 310 für die Luft in den oberen Kanal 311 und den unteren Kanal 313 mit dem Separator 330 dazwischen. Das hintere Ende des Separators 330 ist hinter dem Ende der ersten Einspritzdüse 500 positioniert, so dass, wenn die erste Einspritzdüse 500 Kraftstoff einspritzt, eine Wandbenetzung infolge einer Beeinflussung durch den Separator 330 behindert oder verhindert wird.
  • Ferner ist das Blatt 400, das sich um eine Drehachse 410 drehen kann, vor dem Separator 330 positioniert, so dass er die Luft durch Öffnen oder Schließen des unteren Kanals 313 führt. Insbesondere strömt, wenn das Blatt 400 den unteren Kanal 313 blockiert, die gesamte Ansaugluft über den oberen Kanal 311 in die Brennkammer 200, so dass die Verwirbelung verstärkt wird. Das Blatt 400 dreht sich um die Drehachse 410, und die Drehachse 410 ist mit einer individuellen Antriebseinheit 900 verbunden und wird durch die Antriebseinheit 900 gedreht. Die Antriebseinheit 900 kann ein Elektromotor sein. Wie oben beschrieben, kann, da das Blatt 400 durch die Antriebseinheit 900 betrieben wird, die Betriebsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem mechanischen Typ nach den Stand der Technik erhöht werden. Ferner ist der Verbrennungsmotor für eine genaue Prognose des Zeitpunktes ausgelegt, zu dem die Verstärkung der Verwirbelung beginnt, so dass die Verbrennung stabiler durchgeführt werden kann. Ferner ist es möglich, die Effizienz durch Bilden des Separators 330 und des Blattes 400 in einen einzigen Modul und gleichzeitiges Benutzen des Separators 330 und des Blattes 400 zu erhöhen.
  • Die erste Einspritzdüse 500 ist in dem Zylinderkopf 100 angeordnet. Jedoch ist, wenn der Ventilwinkel des Zylinderkopfes 100 ein vorbestimmter Wert oder kleiner ist, die erste Einspritzdüse 500 in der Einlassöffnung 300 positioniert und spritzt den Kraftstoff zu der Luft derart ein, dass die Luft und der Kraftstoff effizient gemischt werden können. Ferner kann die zweite Einspritzdüse 600, die den Kraftstoff in die Brennkammer 200 direkt einspritzt, unter der Einlassöffnung 300 angeordnet sein.
  • Wie in 3 gezeigt, ist eine Ausweichnut 331, die größer als eine Kraftstoffbegrenzungslinie T ist, an einem Ende des Separators 330 ausgebildet, um eine gegenseitige Beeinflussung mit der ersten Einspritzdüse 500 zu vermeiden, wenn der Kraftstoff einspritzt wird. Dementsprechend tritt keine Beeinflussung durch den Separator 330 auf, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird. Dementsprechend kann die Länge eines Ansaugkrümmers (nicht gezeigt) des Zylinderkopfes 100 verringert werden. Das heißt, dadurch kann eine kompakte Struktur erreicht werden.
  • Ferner ist, wie in 4 gezeigt, eine Ausweichnut 331 an einem Ende des Separators 330 in einer anderen Konfiguration als in 3 ausgebildet, um eine gegenseitige Beeinflussung mit der ersten Einspritzdüse 500 zu vermeiden, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird. In 4 kann die erste Einspritzdüse 500 aus einer Mehrzahl von ersten Einspritzdüsen 500 (z.B. kombinierte mehrere Einspritzdüsen) zusammengesetzt sein, die eine geringere Kapazität haben, als wenn die erste Einspritzdüse 500 eine einzige Einspritzdüse 500 (d.h. eine einzelne Einspritzdüse) wie in 3 ist. Eine Mehrzahl von Ausweichnuten 331 sind an dem Ende des Separators 330 ausgebildet, um eine gegenseitige Beeinflussung mit der Mehrzahl von Einspritzdüsen 500 zu vermeiden, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird. Die Ausweichnuten 331 können größer als die Kraftstoffbegrenzungslinie T sein, welche gebildet wird, wenn die ersten Einspritzdüsen 500 Kraftstoff einspritzen, so dass eine gegenseitige Beeinflussung des Separators 330 mit dem eingespritzten Kraftstoff behindert oder verhindert wird.
  • Zum Beispiel sind, wenn eine zweite Einspritzdüse 600 und zwei erste Einspritzdüsen 500 vorgesehen sind, die ersten Einspritzdüsen 500 mit geringerer Kapazität in der Einlassöffnung 300 angeordnet, um die Linearität des Kraftstoffs in einem Niedrigdrehzahlzeitraum zu verbessern. Wenn ein Verbrennungsmotor in einem Zeitraum betrieben wird, in dem die Drehzahl sehr niedrig ist, wird eine von den ersten Einspritzdüsen 500 betrieben, jedoch werden in einem Zeitraum mit mittlerer Drehzahl eine von den ersten Einspritzdüsen 500 und die zweite Einspritzdüse 600 oder nur die zweite Einspritzdüse 600 betrieben. Insbesondere ist es beim frühen Starten oder im Leerlauf möglich, den Kraftstoff entsprechend der Luftmenge ohne einen Verlust von Kraftstoff mittels der ersten Einspritzdüsen 500 genau zu steuern. Die ersten Einspritzdüsen 500 spritzen beide Kraftstoff in die Einlassöffnung 300 ein und können in dem Zylinderkopf 100 oder dem Ansaugkrümmer montiert sein.
  • Die Erfindung kann bei einem System mit sowohl dem MPI-Typ als auch dem GDI-Typ und insbesondere bei der Einlassöffnung 300 und dem Zylinderkopf 100 angewendet werden, bei denen ein variables Verwirbelungssystem (VTS) verwendet wird. Die erste Einspritzdüse 500, die zweite Einspritzdüse 600, der Separator 330 und das Blatt 400 können für MPI, GDI, VTS und variable Ladungsbewegung (VCM) verwendet werden.
  • Daher ist es mit der Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung möglich, die Leistungszahl (PN) durch sowohl MPI und GDI zu verbessern, die Wandbenetzung mit Kraftstoff zu behindern oder zu verhindern, die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen und die EM durch Modulieren von VCM und VTS und Positionieren von MPI hinter VTS zu reduzieren.
  • Ferner kann ein MPI+VTS+GDI-System in einer kompakten Struktur erreicht werden, so dass die Gestaltung weniger begrenzt sein kann, die Betriebsdrehzahl im Vergleich zu dem mechanischen Typ durch Antreiben von VCM mittels eines Elektromotors erhöht wird, und die Verbrennung durch Auslegen eines Verbrennungsmotors mit einer exakten Prognose des Zeitpunktes, zu dem die Verstärkung der Verwirbelung beginnt, stabil durchgeführt werden kann.
  • Ferner ist es möglich, einen Verlust von Kraftstoff zu reduzieren und den Kraftstoff entsprechend der Luftmenge mittels einer Mehrzahl von MPI-Einspritzdüsen mit relativ geringer Kapazität genau zu steuern.

Claims (10)

  1. Kraftstoffeinspritzeinheit für einen Verbrennungsmotor, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit aufweist: einen Separator (330), der in einer Einlassöffnung (300) angeordnet ist, die derart konfiguriert ist, dass sie Luft in eine Brennkammer (200) zuführt, die in einem Zylinderkopf (100) ausgebildet ist, wobei der Separator (330) derart konfiguriert ist, dass er einen Kanal (310) für Luft in einen oberen Kanal (311) und einen unteren Kanal (313) teilt; ein Blatt (400), das vor dem Separator (330) angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass es den oberen Kanal (311) oder den unteren Kanal (313) durch Drehen öffnet oder schließt; und eine erste Einspritzdüse (500), die über der Einlassöffnung (300) angeordnet ist, wobei, wenn die erste Einspritzdüse (500) Kraftstoff einspritzt, das Blatt (400) den Kraftstoff nicht beeinflusst.
  2. Kraftstoffeinspritzeinheit nach Anspruch 1, wobei ein hinteres Ende des Separators (330) hinter einem Ende der ersten Einspritzdüse (500) positioniert ist.
  3. Kraftstoffeinspritzeinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Separator (330) und das Blatt (400) in einem einzigen Modul ausgebildet sind.
  4. Kraftstoffeinspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Einspritzdüse (500) in dem Zylinderkopf (100) angeordnet ist.
  5. Kraftstoffeinspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Ventilwinkel des Zylinderkopfes (100) ein vorbestimmter Wert oder kleiner derart ist, dass die erste Einspritzdüse (500) in der Einlassöffnung (300) angeordnet ist.
  6. Kraftstoffeinspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine zweite Einspritzdüse (600), die derart konfiguriert ist, dass sie Kraftstoff in die Brennkammer (200) direkt einspritzt, unter der Einlassöffnung (300) angeordnet ist.
  7. Kraftstoffeinspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Ausweichnut (331) an einem Ende des Separators (330) ausgebildet ist, um eine gegenseitige Beeinflussung mit der ersten Einspritzdüse (500) zu vermeiden, wenn Kraftstoff eingespritzt wird.
  8. Kraftstoffeinspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Einspritzdüse (500) in einer Form von kombinierten mehreren ersten Einspritzdüsen (500) ist, die eine geringere Kapazität als eine Kapazität der ersten Einspritzdüse (500) in einer Form einer einzigen Einspritzdüse (500) haben.
  9. Kraftstoffeinspritzeinheit nach Anspruch 8, wobei eine Mehrzahl von Ausweichnuten (331) an einem Ende des Separators (330) ausgebildet sind, um eine gegenseitige Beeinflussung mit den kombinierten mehreren ersten Einspritzdüsen (500) zu vermeiden, wenn Kraftstoff eingespritzt wird.
  10. Kraftstoffeinspritzeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Blatt (400) derart konfiguriert ist, dass es sich um eine Drehachse (410) dreht, und die Drehachse (410) mit einer Antriebseinheit (900) verbunden ist und von der Antriebseinheit (900) gedreht wird.
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