DE102016125156B4

DE102016125156B4 - Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils mittels Ultraschallanregung

Info

Publication number: DE102016125156B4
Application number: DE102016125156.9A
Authority: DE
Inventors: Volker Cornelius
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: DE102016125156A1

Abstract

Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils (100), umfassend einen Piezoaktor (2A) und eine Düsennadel (2E) sowie einen einteiligen oder mehrteiligen Ventilgehäusekörper (1A, 1B), wobei der Piezoaktor (2A) mit der Düsennadel (2E) gekoppelt ist, der die Düsennadel (2E) relativ zu dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) betätigt, und der Piezoaktor (2A) an dem die Düsennadel (2E) aufnehmenden Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) einfach oder mehrfach gelagert ist, wobei der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) elektrisch angeregt wird und durch die elektrische Anregung mechanische Schwingungen aussendet, die auf die Düsennadel (2E) und/oder den Ventilgehäusekörper (1A, 1B) übertragen werden, wodurch Verunreinigungen an der Düsennadel (2E) und/oder an dem Ventilgehäusekörper (1B) im Bereich der Düsennadel (2E) beseitigt werden, wobei in einem ersten Schwingungssystem (2A, 2B, 2C, 2D, 2E) durch die elektrische Anregung des Piezoaktors (2A) die schwingende Düsennadel (2E) als Schallquelle wirkt, und an ihrer Begrenzungsoberfläche (2F) Schallwellen auf den die Düsennadel (2E) umgebenden Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) überträgt und der in einem zweiten Schwingungssystem (2A, 1A, 1B) durch die elektrische Anregung des Piezoaktors (2A) schwingende Ventilgehäusekörper (1A, 1B) als Schallquelle wirkt, und an seiner Begrenzungsoberfläche (1G) Schallwellen auf die in dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) angeordnete Düsennadel (2E) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) überträgt, wobei die Schallwellen der Schallquellen in der sich an der Düsennadel (2E) oder dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) einstellenden Frequenz (fnNadel, fnGehäuse) oder in der sich an der Düsennadel (2E) oder dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) hervorgerufenen Resonanzfrequenz (fRNadel) (fRGehäuse) von den jeweiligen Begrenzungsoberflächen (2F, 1G) ausgesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) derart elektrisch angeregt wird, dass in Abhängigkeit des Abstandes (x) zwischen Düsennadel (2E) und Ventilgehäusekörper (1A, 1B) dafür gesorgt wird, dass sich die Amplituden der Schallwellen der Schallquellen, die von den jeweiligen Begrenzungsoberflächen (2F, 1G) der Düsennadel (2E) oder des Ventilgehäusekörpers (1A, 1B) in den sich einstellenden Frequenzen (fnNadel, fnGehäuse) oder in den hervorgerufen Resonanzfrequenzen (fRNadel) (fRGehäuse) ausgesendet werden, in konstruktiver Interferenz verstärken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils, umfassend einen Piezoaktor und eine Düsennadel sowie einen Ventilgehäusekörper, wobei der Piezoaktor mit der Düsennadel gekoppelt ist, der die Düsennadel relativ zu dem Ventilgehäusekörper des Kraftstoff-Einspritzventils betätigt, und der Piezoaktor an dem die Düsennadel aufnehmenden Ventilgehäusekörper des Kraftstoff-Einspritzventils gelagert ist.
Kraftstoff-Einspritzventile können verkoken. Die Folge sind schlechtere Vernebelung des Kraftstoffs, eine schlechtere Verbrennung und damit schlechtere Abgaswerte. Durch eine geeignete Abstimmung der Düsenlochgeometrie kann dieser Verkokungsvorgang verzögert oder gar vermieden werden. Bei einer zu starken Verkokung müssen die Kraftstoff-Einspritzventile ausgetauscht oder gereinigt werden.
Die Reinigung von Injektoren im aus der Verbrennungskraftmaschine ausgebauten und im in der Verbrennungskraftmaschine eingebauten Zustand ist bekannt.
Aus der WO 91/05952 A1 ist eine Reinigungs- und Prüfvorrichtung für Ottomotor-Kraftstoff-Einspritzventile (Injektoren) bekannt, die im ausgebauten Zustand mit einer Flüssigkeit in einem Ultraschallbad der Vorrichtung gereinigt werden können. Aus der Druckschrift DE 26 56 499 A1 ist ein Verfahren zur Entfernung von Abscheidungen an einem Kraftstoff-Einspritzventil eines Ottomotors bekannt, bei dem ein demontiertes Kraftstoff-Einspritzventil wenigstens mit einem Teil seines vorderen Endes in ein Volumen von Reinigungsflüssigkeit eintaucht und dieses Flüssigkeitsvolumen mit einer Ultraschallfrequenz in Vibration versetzt wird, während Reinigungsflüssigkeit durch das Kraftstoff-Einspritzventil geführt wird. Die Kraftstoff-Einspritzventile müssen in nachteiliger Weise zur Reinigung ausgebaut werden, damit sie gereinigt werden können.
Zum Reinigen von Kraftstoff-Einspritzventilen ist es aus der Druckschrift DE 32 34 553 A1 außerdem bekannt, diesen im eingebauten Zustand ein Gemisch aus Kraftstoff und einer Reinigungsflüssigkeit zuzuführen und diese Ventile mit diesem Gemisch bei laufender Verbrennungskraftmaschine zu spülen. Neben dem erheblichen Aufwand zum Zuführen dieses Gemisches ist ein besonderer Nachteil darin zu sehen, dass die Reinigungsflüssigkeit in die Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine gelangt und dort möglicherweise unerwünschte negative Folgen hat.
Die Druckschrift DE 10 2014 100 674 A1 beschreibt eine Ultraschallreinigungsvorrichtung mit einem Ultraschallerzeuger und mit mindestens einer Flüssigkeitsaustrittsöffnung, die zusammen mit dem Ultraschallerzeuger auf eine zu reinigende Oberfläche gerichtet ist beziehungsweise gerichtet werden kann. Um die Reinigung von Oberflächen, insbesondere an Kraftfahrzeugen, zu verbessern, ist eine Reflektoreinrichtung ausgeführt und relativ zu der Flüssigkeitsaustrittsöffnung und dem Ultraschallerzeuger positioniert, so dass der Ultraschallerzeuger im Betrieb der Ultraschallreinigungsvorrichtung, zumindest teilweise, von Flüssigkeit umgeben ist, die aus der Flüssigkeitsaustrittsöffnung austritt und an der Reflektoreinrichtung umgelenkt wird. Bei dieser Lösung zur Reinigung der Bauteile im eingebauten Zustand, die gemäß der Druckschrift einer Scheibe oder einem Scheinwerfer oder einem Sensor eines Kraftfahrzeuges zugeordnet ist, besteht der Nachteil darin, eine Reihe von Bauteilen, wie der separate Ultraschallerzeuger und die Reflektoreinrichtung benötigt werden, um die Reinigung des jeweiligen Bauteiles zu bewirken.
Zudem ist es beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2012 223 934 A1 bekannt, zur Kraftstoffdirekteinspritzung Kraftstoff-Einspritzventile, sogenannte Piezoinjektoren einzusetzen, deren Düsennadeln mittels Piezoaktoren angetrieben werden. Dabei ist zwischen dem jeweiligen Aktor und der Düsennadel eine hydraulische Übertragungseinheit vorgesehen, die eine hydraulische Kopplung zwischen Piezoaktor und der Düsennadel bewirkt. Dabei ist die hydraulische Kopplung zwischen dem Piezoaktor und der Düsennadel in die Düse integriert. Die hydraulische Kopplung bewirkt einen Spielausgleich und eine Hubübersetzung. Dadurch können Temperatureffekte, Verschleiß an Kontaktstellen im Antrieb und durch Änderungen im Polarisationszustand des Piezoaktors bedingte Längenänderung im Piezoinjektor ausgeglichen werden.
Ergänzend dazu berichtet die Druckschrift DE 10 2005 007 327 B4 von einem Verfahren und einer zugehörigen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Injektoranordnung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Injektoranordnung einen oder mehrere Injektoren aufweist, die jeweils aus einem elektrisch ansteuerbaren Piezoaktor und einem mittels des Piezoaktors betätigbaren Kraftstoffventil gebildet sind, wobei das Kraftstoffventil einen relativ zu einem Ventilsitz bewegbaren Ventilkörper aufweist, und wobei wahlweise jedem der Injektoren eine Ansteuerspannung zum Ansteuern des Piezoaktors über eine Leitungsanordnung zugeführt wird, wobei der Ansteuerspannung ein Messsignal überlagert wird und basierend auf einer Auswertung der elektrischen Eigenschaften des Piezoaktors ein Erfassungssignal gebildet wird, welches repräsentativ für die Stellung des Ventilkörpers relativ zu dem Ventilsitz ist. Die Auswertung der elektrischen Eigenschaften des Piezoaktors erfolgt unter Berücksichtigung einer Schall-Laufzeit-Verzögerung und die Bildung des Erfassungssignals durch eine Analyse der Reflexion eines zuvor vom Piezoaktor ausgesandten akustischen Signals am Ventilkörper. Die Druckschrift berichtet ferner, dass die Frequenzkomponente des Messsignals mindestens 10 kHz, insbesondere mindestens 50 kHz beträgt. Es wird ausgeführt, dass die Verwendung eines piezoelektrischen Aktors besonders interessant sei, da ein Piezoaktor sowohl zur Aussendung als auch zum Empfang von Schallwellen, insbesondere von Ultraschallwellen geeignet ist.
Die Druckschrift US 2009/0108095 A1 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils 32. Bei dem dabei zum Einsatz kommenden Aktor handelt es sich nicht um einen Piezoaktor, sondern um ein Ventilelement, welches von einem Einspritzungs-Steuergerät angesteuert wird. Die Druckschrift US 2015/0115055 A1 offenbart stellvertretend für die bereits bekannten Einspritzventile ein Einspritzventil, dessen Aktor ein Piezoaktor ist.
Ferner wird auf die Druckschriften DE 101 35 735 A1 , DE 100 11 711 A1 , DE 38 33 093 A1 und DE 10 2007 026 946 A1 hingewiesen.
Neueste Entwicklungen nutzen den Piezoeffekt folgendermaßen. Die Düsennadel ist mit dem den Piezoaktor enthaltenden Piezopaket mechanisch verbunden. Die Ausdehnung des Piezopaketes ist von der Spannung abhängig, die sich beispielsweise zwischen 0 V und 160 V bewegt. Geringe Spannung bewirkt einen kleinen Hub der Düsennadel, hohe (maximale) Spannung bewirkt einen großen (maximalen) Hub. Durch die mechanische Verbindung zwischen Düsennadel und Piezopaket kann die Nadel mit steigender Spannung kontinuierlich und ohne Unterbrechung angehoben und wieder gesenkt werden. Als Wegsensor für das Anheben der Düsennadel dient die Spannung, die dem Piezopaket zugeführt wird. Das vereinfacht die Regelung und erlaubt es, den Einspritzverlauf dem idealen Bedarf an Kraftstoff genau anzupassen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein alternatives Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils anzugeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und eine Einspritzanlage nach Anspruch 15, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist.
Im normalen Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils wird bisher versucht, das Kraftstoff-Einspritzventil stets derart elektrisch anzuregen, so dass möglichst keine mechanischen Schwingungen der Düsennadel und im Ventilgehäusekörper entstehen. Es wird versucht, die elektrische Anregung derart auszubilden, dass keine unerwünschten mechanischen Schwingungen entstehen. Teilweise werden beim Aufbau und/oder beim Verbau der Kraftstoff-Einspritzventils sogar schwingungsdämpfende Maßnahmen vorgesehen, um entstehende unerwünschte mechanischen Schwingungen zu reduzieren.
Treten Verunreinigungen in der Düsennadel und/oder im Ventilgehäusekörper auf, kommt es zu Schwingungen/Pulsationen der Düsennadel im Ventilgehäusekörper, dem sogenannten sogar hörbaren „Injektor-Tickern“ oder Injektor-Klappern". Dieser unerwünschten Beeinträchtigung wird derzeit durch Austausch des alten Kraftstoff-Einspritzventils gegen ein neues Kraftstoff-Einspritzventil oder durch Ausbau, Reinigung mit den herkömmlichen Verfahren und durch Wiedereinbau des Kraftstoff-Einspritzventils entgegengewirkt.
Die Erfindung geht einen anderen Weg. Der Piezoaktor wird zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils derart elektrisch angeregt, dass mechanische Schwingungen ausgesendet werden, die auf die Düsennadel und/oder den Ventilgehäusekörper übertragen werden, wodurch Verunreinigungen der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers beseitigt werden.
Dabei wird vorgeschlagen, dass durch elektrische Anregung mechanische Schwingungen im Ultraschallwellenbereich erzeugt werden, die im Frequenzbereich zwischen 16 kHz und 800 kHz liegen. Im normalen Betrieb eines Kraftstoff-Einspritzventils werden, wie oben erläutert, zur Vermeidung von Schwingungen keine mechanischen Schwingungen im Ultraschallwellenbereich erzeugt.
Es hat sich herausgestellt, dass sich in Abhängigkeit des Aufbaus und des Verbaus des Kraftstoff-Einspritzventils in einer Verbrennungskraftmaschine eine vorgebbare mechanische Schwingung im Ultraschallwellenbereich zwischen 16 kHz und 800 kHz dazu eignet, dass Verunreinigungen, insbesondere Verkokungen an der Düsennadel und/oder dem Ventilgehäusekörper wirksam beseitigt werden. Die Erzeugung der vorgebbaren mechanischen Schwingung im Ultraschallwellenbereich erfolgt in einem kurzen vorgebbaren Zeitraum, so dass im normalen Betrieb durch die Reinigung der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers kein hörbares „Injektor-Tickern“ oder Injektor-Klappern" entsteht.
Die Erzeugung von mechanischen Schwingungen im Ultraschallwellenbereich beruht in bekannter Weise auf dem inversen Piezoeffekt. Durch das Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an den Oberflächen eines piezoelektrischen Elementes regt man das Element zum Schwingen an, wodurch mechanische Schwingungen erzeugt werden, die Druckschwankungen in Form von Ultraschall verursachen. In Abhängigkeit der erzeugten Arbeitsfrequenz ist es möglich einzustellen, wie stark die Druckschwankungen des piezoelektrischen Elementes sein sollen. Arbeitsfrequenzen oberhalb von 20 kHz bis 800 kHz sind typische Frequenzen des Leistungs-Ultraschalls, durch deren Erzeugung beachtliche mechanische Arbeit geleistet werden kann, damit Verunreinigungen der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers von den jeweiligen Oberflächen abplatzen.
Das Verfahren eignet sich für Kraftstoff-Einspritzventile, deren Düsennadel mechanisch oder hydraulisch mit dem Piezoaktor, einem elektrisch angesteuerten piezoelektrischen Element gekoppelt ist. Die mechanischen Schallwellen werden zur Beseitigung der Verunreinigungen der Düsennadel von dem Piezoaktor mechanisch oder hydraulisch auf die Düsennadel übertragen.
Da der Ventilgehäusekörper des Kraftstoff-Einspritzventils ebenfalls mechanisch mit dem Piezoaktor gekoppelt ist, werden die mechanischen Schallwellen zur Beseitigung der Verunreinigungen des Ventilgehäusekörpers auch innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Weiteres von dem Piezoaktor mechanisch auf den Ventilgehäusekörper übertragen.
Hinzu kommt folgender weiterer Effekt des Verfahrens, der darin besteht, dass die in Schwingung versetzte Düsennadel Schallwellen auf den die Düsennadel umgebenden Ventilgehäusekörper des Kraftstoff-Einspritzventils oder der in Schwingung versetzte Ventilgehäusekörper Schallwellen auf die in dem Ventilgehäusekörper angeordnete Düsennadel des Kraftstoff-Einspritzventils überträgt. Es tritt somit der Effekt auf, dass die durch den Piezoaktor erzeugten mechanischen Schallwellen in einer bestimmten aus dem Frequenzbereich ausgewählten Frequenz zu unterschiedlich starken mechanischen Schwingungen in der Düsennadel und in dem Ventilgehäusekörper führen. Diese unterschiedlich starken mechanischen Schwingungen führen zu Vibrationen der Düsennadel und des Ventilgehäusekörpers mit unterschiedlichen Amplituden, deren Überlagerung das Abplatzen von Verunreinigungen an der Außenfläche und/oder Innenfläche der Düsennadel oder an der Innenfläche des Ventilgehäusekörpers in besonders vorteilhafter Weise fördern.
In vorteilhafter Weise ist das Verfahren in einer Ausführungsvariante durchführbar, wenn der Piezoaktor des Kraftstoff-Einspritzventils in einem ausgebauten Zustand angeregt wird mechanische Schwingungen auszusenden, die auf die Düsennadel und/oder den Ventilgehäusekörper übertragen werden, wodurch Verunreinigungen der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers beseitigt werden. Der Piezoaktor des Kraftstoff-Einspritzventils wird in diesem Fall in einer dafür vorgesehenen Haltevorrichtung befestigt und entsprechend elektrisch angeregt, so dass die bereits erläuterten Reinigungseffekte auftreten. Es wird deutlich, dass in vorteilhafter Weise keine Reinigungsflüssigkeiten oder dergleichen benötigt werden. Das Kraftstoff-Einspritzventil muss dazu jedoch beispielsweise aus einer Verbrennungskraftmaschine ausgebaut werden.
In vorteilhafter Weise ist das Verfahren in einer anderen komfortableren Ausführungsvariante durchführbar, wenn der Piezoaktor des Kraftstoff-Einspritzventils in einem in eine Verbrennungskraftmaschine eingebauten Zustand angeregt wird mechanische Schwingungen auszusenden, die auf die Düsennadel und/oder den Ventilgehäusekörper übertragen werden, wodurch Verunreinigungen der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers im eingebauten Zustand des Kraftstoff-Einspritzventils beseitigt werden. Es wird deutlich, dass auch bei dieser anderen Ausführungsvariante in vorteilhafter Weise keine Reinigungsflüssigkeiten oder dergleichen benötigt werden und darüber hinaus ebenfalls in vorteilhafter Weise der Ausbau des Kraftstoff-Einspritzventils zu seiner Reinigung nicht notwendig ist.
Ist das Kraftstoff-Einspritzventil in einer Verbrennungskraftmaschine verbaut, gehört es zu einer Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Das Verfahren ist somit auch zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils einer Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges geeignet, wobei die Einspritzanlage mindestens ein in einen Brennraum mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Kraftstoff einspritzendes Kraftstoff-Einspritzventil umfasst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren außerhalb einer sich in Betrieb befindenden Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges und/oder während einer sich in Betrieb befindenden Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges, letzteres jedoch außerhalb der Einspritzzyklen der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, wie nachfolgend erläutert wird.
Zur Durchführung des Verfahrens außerhalb der sich in Betrieb befindenden Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, dass eine Ansteuerung des Piezoaktors nach Außerbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges über ein noch aktives Motorsteuergerät erfolgt. Das Kraftstoff-Einspritzventil befindet sich im geschlossenen Zustand, das heißt die Düsennadel verschließt den Ventilgehäusekörper, so dass die Düsennadel mit einem Teil ihrer Außenfläche an einem Teil der Innenfläche des Ventilgehäusekörpers anliegt. Durch den Kontakt der Außenfläche der Düsennadel an einem Teil der Innenfläche des Ventilgehäusekörpers kommt es zur Vibration der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers, die gegebenenfalls mit gleicher oder wie erläutert mit unterschiedlicher Frequenz mechanisch schwingen. In jedem Fall kommt es zu dem gewünschten Reinigungseffekt.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einspritzanlage ist diese eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der Düsennadel und/oder dem Ventilgehäusekörper auszuführen. Zu diesem Zweck umfasst die Einspritzanlage insbesondere eine Steuereinrichtung, in der ein computerlesbarer Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls erforderliche Kennfelder gespeichert sind.
Es ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt der Ansteuerung des Piezoaktors erfolgt, sobald das noch aktive Motorsteuergerät ein entsprechendes Startsignal aussendet. Das Startsignal kann beispielsweise in Abhängigkeit eines von dem Motorsteuergerät erfassten Ereignisses erfolgen. Das Ereignis kann beispielsweise das Schließen der Fahrertür durch Erfassung des Türkontaktes der Fahrertür sein. Es besteht in der Auswahl der dafür zur Verfügung gestellten Ereignisse eine große Auswahl. Diese Vorgehensweise der Ansteuerung des Piezoaktors außerhalb der sich in Betrieb befindenden Einspritzanlage hat den Vorteil, dass im normalen Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils keinerlei Eingriffe erfolgen. Abgeplatzte Verunreinigungen werden bei der nächsten Inbetriebnahme der Verbrennungskraftmaschine im Betrieb verbrannt oder über die Abgasanlage ausgestoßen. Der Zeitraum der Ansteuerung des Piezoaktors wird vorprogrammiert. Es wird in vorteilhafter Weise nur ein kurzer Zeitraum benötigt, der im Bereich von wenigen Sekunden liegt. In vorteilhafter Weise merkt der Kunde bei Außerbetriebnahme des Kraftfahrzeuges insgesamt nicht, dass das aktive Motorsteuergerät, bevor es inaktiv geschaltet wird, noch den Reinigungsvorgang startet, überwacht und beendet, so dass mindestens ein Reinigungszyklus zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils durchgeführt wird.
Es besteht in vorteilhafter Weise auch die Möglichkeit das Verfahren durchzuführen, wenn sich die Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine in Betrieb befindet. In diesem Fall läuft der Motor der Verbrennungskraftmaschine, und am Kraftstoff-Einspritzventil liegt ein entsprechender Raildruck an. Es ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Ansteuerung nicht zwischen den engen Zyklen der Vor- und Nacheinspritzung erfolgen soll, jedoch wird vorgeschlagen, über das Motorsteuergerät in der Schubphase der Verbrennungskraftmaschine, in der ein Fahrer das Gaspedal nicht betätigt, ein entsprechendes Startsignal zur Ansteuerung des Piezoaktors auszusenden. Für den Reinigungsvorgang wird nur ein geringer Zeitraum benötigt und vorgesehen, der ohne Weiteres in der Schubphase der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden kann. Abgeplatzte Verunreinigungen werden im Betrieb verbrannt oder über die Abgasanlage ausgestoßen.
Unabhängig davon, ob die Reinigung außerhalb des Betriebes oder während des Betriebes der Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, ist beispielsweise in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das Startsignal zum Starten mindestens eines Reinigungszyklus zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils von dem Motorsteuergerät in Abhängigkeit der Kilometerleistung des Kraftfahrzeuges ausgegeben wird. Die Intervalle können sich in Abhängigkeit des Einspritzverfahrens und/oder in Abhängigkeit des eingebauten Typs des Kraftstoff-Einspritzventils unterscheiden. Mit anderen Worten, bei einem bestimmten Einspritzverfahren und/oder bei einem bestimmten Typ eines Kraftstoff-Einspritzventils werden unterschiedliche Intervalle eingestellt. Neigt ein Typ eines Kraftstoff-Einspritzventils und/oder ein bestimmtes Einspritzverfahren schneller zu Ablagerungen als ein anderer Typ eines Kraftstoff-Einspritzventils und/oder eines anderen Einspritzverfahrens, werden kürzere Intervalle gewählt. Bei einem bestimmten Einspritzverfahren und/oder bei einem bestimmten Typ eines Kraftstoff-Einspritzventils, bei dem das jeweilige Kraftstoff-Einspritzventil weniger zu Ablagerungen neigt, werden längere Intervalle gewählt.
Das Verfahren betrifft Verbrennungskraftmaschinen beziehungsweise Einspritzanlagen, die mit Dieselkraftstoff oder Ottokraftstoff betrieben werden. Besonders starke Verkokungen der Kraftstoff-Einspritzventile sind generell bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Aber auch mit Ottokraftstoff betriebene Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen, lassen Verkokungen an den Kraftstoff-Einspritzventilen erkennen. Das Verfahren ist somit generell sowohl für Dieselkraftstoff- als auch für Ottokraftstoffanwendungen geeignet.
Durch die vorgenommene Reinigung kommt es insgesamt in vorteilhafter Weise zu dem Effekt, dass die mit sauberen beziehungsweise saubereren Kraftstoff-Einspritzventilen betriebenen Einspritzanlagen eine optimale beziehungsweise optimalere Verbrennung im Motor der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet, da die Einspritzung und somit die nachfolgende Verbrennung nicht durch Ablagerungen beeinträchtigt wird, so dass die Verbrennungskraftmaschine stets die erforderlichen Emissionswerte unterhalb der vorgegebenen Immissionsgrenzwerte liefert.
Eine Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges umfasst somit mindestens ein in einen Brennraum mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnetes Kraftstoff einspritzendes Kraftstoff-Einspritzventil, welches einen Piezoaktor aufweist, der durch die elektrische Anregung mechanische Schwingungen im Ultraschallwellenbereich erzeugt. Die Düsennadel und/oder der Ventilgehäusekörper des Kraftstoff-Einspritzventils sind mit dem Piezoaktor derart gekoppelt, dass die erzeugten mechanischen Schwingungen im Ultraschallwellenbereich zur Beseitigung von Verunreinigungen der Düsennadel und/oder des Ventilgehäusekörpers von dem Piezoaktor auf die Düsennadel und/oder den Ventilgehäusekörper übertragbar sind.
Die Erfindung wird zur weiteren Verdeutlichung anhand der 1 und 2 noch näher erläutert.
Die 1 zeigt ein Kraftstoff-Einspritzventil 100, welches nachfolgend nur kurz Einspritzventil genannt wird.
Die 2 zeigt den Bereich des Einspritzventils 100, über den Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Es wird empfohlen die 1 und 2 in einer Zusammenschau zu betrachten.
Das Einspritzventil 100 umfasst im gewählten Ausführungsbeispiel einen Ventilgehäusekörper, der einen ersten Ventilgehäusekörper 1A und einen zweiten Ventilgehäusekörper 1B aufweist.
Die Ventilgehäusekörper 1A, 1B sind miteinander verbunden, so dass mechanische Schwingungen von dem ersten Ventilgehäusekörper 1A auf den zweiten Ventilgehäusekörper 1B übertragen werden. In dem Ventilgehäusekörper 1A, 1B sind entlang einer Längsachse des Einspritzventils 100 in einem Piezoaktor-Modul ein Piezoaktor 2A, ein Koppel-Modul 2B, ein Schalt-Modul mit einem Schaltventil 2C und ein Düsenmodul 2D, welches eine Düsennadel 2E umfasst, angeordnet.
Diese genannten Komponenten sind mechanisch miteinander gekoppelt, so dass zwischen den Komponenten von Komponente zu Komponente mechanische Schwingungen übertragen werden. Die genannten Komponenten bilden innerhalb des Einspritzventils 100 ein erstes Schwingungssystem aus.
Der Piezoaktor 2A ist einerseits in einem Lager 1C des ersten Ventilgehäusekörpers 1A gelagert. Andererseits ist der Piezoaktor 2A gemeinsam mit dem Koppel-Modul 2B in einem weiteren Lager 1D in dem ersten Ventilgehäusekörper 1A gelagert.
Das Koppelmodul 2B ist auf der dem Piezoaktor 2A gegenüber liegenden Seite gemeinsam mit dem Schaltventil 2C des Schalt-Moduls in einem weiteren Lager 1E des zweiten Ventilgehäusekörpers 1B gelagert.
Das Schaltventil 2C ist mit dem Düsen-Modul 2D mechanisch gekoppelt, welches auf der dem Schaltventil 2C gegenüber liegenden Seite in einem weiteren Lager 1F des in dem zweiten Ventilgehäusekörper 1B integrierten Düsen-Moduls 2D gelagert ist.
In das in dem zweiten Ventilgehäusekörper 1B sitzende Düsen-Modul 2D ist die Düsennadel 2E integriert, welche im gewählten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Gehäuse des Düsen-Moduls 2D in dem Lager 1F des Düsen-Moduls 2D beweglich gelagert ist. Das Gehäuse des Düsen-Moduls 2D stellt eine Verlängerung des zweiten Ventilgehäusekörpers 1B dar. Das Gehäuse des Düsen-Moduls 2D, in dem die Düsennadel 2E beweglich angeordnet ist, stellt den Bereich der Düsennadel 2E dar, in dem die unerwünschten Verunreinigungen beseitigt werden sollen.
Es sind auch Ausführungen denkbar, bei denen der einteilige oder zweiteilige Ventilgehäusekörper 1A, 1B mit dem Kraftstoff-Austrittsende der Düsennadel 2E ein gemeinsames Ende bilden, so dass der Bereich, in dem die Verunreinigungen beseitigt werden sollen, wie beispielsweise in der Druckschrift US 2015/0115055 A1 dargestellt, in dem Bereich der Düsennadel 2E direkt innerhalb des Ventilgehäusekörpers 1A, 1B liegt.
Der Piezoaktor 2A des Piezoaktor-Moduls ist wie erläutert über das Lager 1C in dem ersten Ventilgehäusekörper 1A gelagert. Dadurch ist der Piezoaktor 2A über das Lager 1C mit dem ersten Ventilgehäusekörper 1A gekoppelt, so dass zwischen den genannten Komponenten von Komponente zu Komponente ebenfalls Schwingungen übertragen werden.
Der Piezoaktor 2A und der mit ihm mechanisch gekoppelte erste Ventilgehäusekörper 1A und der mit dem ersten Ventilgehäusekörper 1A mechanisch gekoppelte zweite Ventilgehäusekörper 1B sowie im gewählten Ausführungsbeispiel das Gehäuse des Düsen-Moduls 2D bilden innerhalb des Einspritzventils 100 ein zweites Schwingungssystem aus.
Die beiden Schwingungssysteme bilden die Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb einer Einspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges. Dabei ist die erfindungsgemäße Einspritzanlage eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wobei die Einspritzanlage eine Steuereinrichtung umfasst, die in der Lage ist, mittels eines computerlesbaren Programmalgorithmus den Piezoaktor 2A mindestens eines Einspritzventils 100 anzusteuern.
Dabei wird wie folgt vorgegangen: Über die Steuereinrichtung wird zur Reinigung des Einspritzventils 100 der Piezoaktor 2A in bekannter Weise beispielsweise durch Anlegen einer Wechselspannung elektrisch angeregt, so dass der Piezoaktor 2A mechanische Schwingungen aussendet.
Diese mechanischen Schwingungen werden über das erste Schwingungssystem und das zweite Schwingungssystem auf die Düsennadel 2E und das Gehäuse des Düsen-Moduls 2D übertragen, wodurch Verunreinigungen an der Düsennadel 2E und dem Gehäuse des Düsen-Moduls 2D, welches im gewählten Ausführungsbeispiel eine Verlängerung des zweiten Ventilgehäusekörpers 1B des zweiteiligen Ventilgehäusekörpers 1A, 1B darstellt, beseitigt werden.
In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Piezoaktor 2A zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils 100 für einen vorgebbaren Zeitraum mit einer bestimmten aus dem Frequenzbereich ausgewählten Frequenz f_Aktor elektrisch angeregt wird und Körperschallwellen aussendet, wodurch die Düsennadel 2E und der Ventilgehäusekörper 1B in dem vorgegebenen Zeitraum durch Übertragung der Körperschallwellen mittels des ersten Schwingungssystems 2A, 2B, 2C, 2D, 2E auf die Düsennadel 2E und des zweiten Schwingungssystems 2A, 1A, 1B auf den Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E in einer sich einstellenden Frequenz f_nNadel, f_nGehäuse schwingen. Der elektrisch angeregte Piezoaktor 2A verursacht in den angekoppelten Komponenten der Schwingungssysteme Kompressionen und Dilatationen, die sich dort als Druckwellen mit der materialspezifischen Schallgeschwindigkeit c fortpflanzen.
Mit anderen Worten, der Piezoaktor 2A wird mit einer Frequenz f_Aktor, die im bevorzugten Frequenzbereich zwischen 16 kHz und 800 kHz liegt, elektrisch angeregt, so dass über die beiden Schwingungssysteme dafür gesorgt wird, dass die Düsennadel 2E und der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E jeweils mit einer sich einstellenden Frequenz f_nNadei, f_nGehäuse schwingen.
Es versteht sich, dass diese sich einstellenden Frequenzen f_nNadel, f_nGehäuse beziehungsweise diese sich voneinander unterscheidenden Frequenzen f_nNadel, f_nGehäuse von den Eigenschaften der in den Schwingungssystemen angeordneten Komponenten sowie von der Art und Weise ihrer mechanische Kopplung abhängen.
Bei dieser Vorgehensweise schwingen die Düsennadel 2E und der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E mit einer Amplitude, die nicht der maximalen möglichen Amplitude entspricht. Um eine möglichst große Amplitude zu erreichen, wird innerhalb des Verfahrens in anderen Ausführungsformen wie folgt vorgegangen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird der Piezoaktor 2A zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils 100 für einen vorgebbaren Zeitraum mit einer bestimmten aus dem Frequenzbereich ausgewählten Frequenz f_Aktor elektrisch angeregt. Der Piezoaktor 2A sendet jetzt bei dieser bestimmten ausgewählten Frequenz f_Aktor Körperschallwellen aus, bei denen die Düsennadel 2E oder der Ventilgehäusekörper 1B in dem vorgegebenen Zeitraum durch Übertragung der Körperschallwellen mittels des ersten Schwingungssystems 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und des zweiten Schwingungssystems 2A, 1A, 1 B, 2D auf die Düsennadel 2E und den Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E in ihrer Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingen. Bei dieser Vorgehensweise schwingt entweder die Düsennadel 2E oder der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E in ihrer/seiner Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse. Je nachdem, welche der Komponenten 2E, 1B in ihrer/seiner Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingt, wird die andere nicht in der Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingende Komponente in einer sich einstellenden Frequenz f_nNadel, f_nGehäuse ≠ der Resonanzfrequenzen f_RNadel, f_RGehäuse schwingen. Mit anderen Worten, bei dieser Vorgehensweise gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine der beiden Komponenten 2E, 1B, nämlich die in der Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingenden Komponente 2E, 1B mit einer gegenüber der ersten Ausführungsform größeren Amplitude schwingen, wodurch der Reinigungseffekt insgesamt verbessert wird.
Gemäß einer dritten Ausführungsform des Verfahrens wird der Piezoaktor 2A zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils 100 für einen vorgebbaren Zeitraum in einem Durchlauf eines ausgewählten Frequenzbandes f_Aktor, f_Band des Frequenzbereiches elektrisch angeregt.
Der Piezoaktor 2A sendet jetzt Körperschallwellen aus, bei denen die Düsennadel 2E und/oder der Ventilgehäusekörper 1B durch Übertragung der Körperschallwellen mittels des ersten Schwingungssystems 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und des zweiten Schwingungssystems 2A, 1A, 1B auf die Düsennadel 2E und/oder den Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E in ihrer Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingen, während die nicht in der Resonanzfrequenz f_RNadel schwingende Düsennadel 2E oder der nicht in der Resonanzfrequenz f_RGehäuse schwingende Ventilgehäusekörper 1B in einer sich einstellenden Frequenz f_nNadel, f_nGehäuse schwingen.
Diese dritte Ausführungsform weist in Bezug auf die Auswahl des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band innerhalb des Frequenzbereiches zwei Ausführungsvarianten auf, die nachfolgend erläutert werden.
Es besteht die Möglichkeit, ein Frequenzband f_Aktor, f_Band auszuwählen und zu durchfahren, bei dem sichergestellt ist, dass entweder die Düsennadel 2E oder der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E in ihrer Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingt.
Bei dieser ersten Ausführungsvariante der dritten Ausführungsform besteht der Vorteil gegenüber der zweiten Ausführungsform darin, dass durch das Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band in vorteilhafter Weise sichergestellt ist, dass die Düsennadel 2E oder der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E innerhalb des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band in einer Frequenz schwingt, die der Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse entspricht. Es muss somit am Piezoaktor 2A in vorteilhafter Weise, nicht wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen, eine bestimmte Frequenz f_Aktor vorgegeben oder ausgewählt und eingestellt werden. Die in den Ausführungsformen vorgegebene oder ausgewählte Frequenz f_Aktor liegt bei dieser Vorgehensweise innerhalb des ausgewählten Frequenzbandes f_Aktor, f_Band und dabei entsprechend weit von den Rändern des Frequenzbandes f_Aktor, f_bard entfernt, so dass die sich an der Düsennadel 2E oder dem Ventilgehäusekörper 1B einstellende Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse beim Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band automatisch und sicher getroffen wird. Dadurch werden gegebenenfalls im Betrieb auftretende Veränderungen bei der Übertragung der Körperschallwellen in den Schwingungssystemen berücksichtigt, die gegebenenfalls zu einer Drift der zu erzeugenden Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse führen. Außerdem wird in weiterer vorteilhafter Weise entweder die Düsennadel 2E oder der Ventilgehäusekörper 1B bei dem Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band mit einer sich in der bewirkten Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse höheren Amplitude zum Schwingen angeregt, so dass der Reinigungseffekt effektiver wird.
Es besteht ferner die Möglichkeit, ein Frequenzband f_Aktor, f_Band auszuwählen und zu durchfahren, bei dem sichergestellt ist, dass sowohl die Düsennadel 2E als auch der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E in ihrer Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse schwingen.
Bei dieser zweiten Ausführungsvariante der dritten Ausführungsform besteht der Vorteil gegenüber der zweiten Ausführungsform darin, dass durch das Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band in vorteilhafter Weise sichergestellt ist, dass die Düsennadel 2E und der Ventilgehäusekörper 1B im Bereich der Düsennadel 2E innerhalb des durchfahrenen Frequenzbandes f_Aktor, f_Band jeweils in einer Frequenz schwingen, die der jeweiligen Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse entspricht. Es versteht sich, dass die jeweilige Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse bei dem Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band nicht zum gleichen Zeitpunkt auftritt, da die Düsennadel 2E und der Ventilgehäusekörper 1B sich voneinander unterscheidende Resonanzfrequenzen f_RNadel, f_RGehäuse aufweisen und die Anregungen außerdem über sich voneinander unterscheidende Schwingungssysteme erfolgt.
Es muss somit am Piezoaktor 2A in vorteilhafter Weise, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen, nicht eine vorgegebene oder ausgewählte Frequenz f_Aktor eingestellt werden, sondern die bestimmte ausgewählte Frequenz f_Aktor liegt innerhalb des ausgewählten Frequenzbandes f_Aktor, f_Band und dabei entsprechend weit von den Rändern des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band entfernt, so dass beide Resonanzfrequenzen f_RNadel, f_RGehäuse beim Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band automatisch und sicher getroffen werden, worin ein Vorteil gegenüber den anderen Ausführungsformen und der ersten Ausführungsvariante dieser Ausführungsform liegt. Dadurch werden erstens gegebenenfalls im Betrieb auftretende Veränderungen bei der Übertragung der Körperschallwellen in den Schwingungssystemen berücksichtigt, die gegebenenfalls zu einer Drift der zu erzeugenden Resonanzfrequenzen f_RNadel, f_RGehäuse führen. Zweitens werden sowohl die Düsennadel 2E als auch der Ventilgehäusekörper 1B bei dem Durchfahren des Frequenzbandes f_Aktor, f_Band mit einer sich in der bewirkten Resonanzfrequenz f_RNadel, f_RGehäuse höheren Amplitude zum Schwingen angeregt, so dass der Reinigungseffekt noch effektiver wird.
Außerdem wurde ein weiterer Effekt gefunden, der bei allen zuvor genannten Ausführungsformen in unterschiedlicher Stärke und Wirksamkeit auftritt. Der Effekt besteht darin, dass die in dem ersten Schwingungssystems durch die elektrische Anregung des Piezoaktors 2A schwingende Düsennadel 2E als Schallquelle wirkt, die an ihrer Begrenzungsoberfläche 2F Schallwellen auf den die Düsennadel 2E umgebenden Ventilgehäusekörper 1B des Kraftstoff-Einspritzventils 100 und der in dem zweiten Schwingungssystem 2A, 1A, 1B durch die elektrische Anregung des Piezoaktors 2A schwingende Ventilgehäusekörper 1B ebenfalls als Schallquelle wirkt, und an seiner Begrenzungsoberfläche 1G Schallwellen auf die in dem Ventilgehäusekörper 1B angeordnete Düsennadel 2E des Kraftstoff-Einspritzventils 100 überträgt. Mit anderen Worten, die Schallwellen breiten sich ausgehend von den genannten Schallquellen in dem Raum zwischen der Düsennadel 2E und dem Ventilgehäusekörper 1B aus und treffen auf die jeweils gegenüber liegende Begrenzungsoberfläche 2F, 1G und dringen in den Körper der jeweiligen Komponenten 2E, 1B ein, so dass es zu Abplatzungen von Partikeln der Verunreinigungen kommt.
Bekannt ist, dass die Eindringtiefe als Funktion der Frequenz stark von der Frequenz abhängt, mit der die Komponenten 2E, 1B schwingen, wobei die Eindringtiefe der Schallwellen bekanntermaßen um so kleiner ist, je größer die Frequenz ist. Bekannt ist ferner, dass je größer die Absorption der ausgesendeten Schallwellen ist, die Eindringtiefe abnimmt. Das heißt, da die Absorption im Wesentlichen durch die verwendeten Materialien nur in geringen Grenzen veränderbar ist, wird insbesondere vorgesehen, die Frequenzen f_nNadel, f_nGehäuse beziehungsweise die Resonanzfrequenzen f_RNadel, f_RGehäuse möglichst klein zu wählen.
Außerdem wird berücksichtigt, dass der Piezoaktor 2A zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils 100 derart elektrisch angeregt wird, dass in Abhängigkeit des Abstandes x, der als Abstand der jeweiligen Begrenzungsoberflächen 2F, 1G der Düsennadel 2E und des Ventilgehäusekörpers 1B definiert ist, dass sich die Amplituden der Schallwellen der Schallquellen, die von den jeweiligen Begrenzungsoberflächen 2F, 1G der Düsennadel 2E oder des Ventilgehäusekörpers 1B in den sich einstellenden Frequenzen f_nNadel, f_nGehäuse oder in den aktiv hervorgerufen Resonanzfrequenzen f_RNadel, f_RGehäuse ausgesendet werden, in konstruktiver Interferenz verstärken. Mit anderen Worten, es wird dafür gesorgt, dass sich die vorhandenen gegenläufigen Schallwellen nicht wie bei einer destruktiven Interferenz gegenseitig auslöschen. Die Ablösungseffekte von Partikeln der Verunreinigungen durch die von der Düsennadel 2E und dem Ventilgehäusekörper 1B ausgesendeten und an den gegenüber liegenden Komponenten 1B, 2E auftreffenden Schallwellen sind nur gering, führen jedoch in Kombination mit den zuvor beschriebenen Effekten bei richtiger Abstimmung der Effekte aufeinander zu einem sehr effizienten Verfahren zur Reinigung eines Einspritzventils 100 einer Einspritzanlage.
Bezugszeichenliste

100: Kraftstoff-Einspritzventil
1A: Ventilgehäusekörper
1B: Ventilgehäusekörper
1C: Lager des Piezoaktors
1D: Lager des Koppel-Moduls
1E: Lager Schalt-Modul
1F: Lager der Düsennadel
1G: Begrenzungsoberfläche des Ventilgehäusekörpers im Bereich der Düsennadel
2A: Piezoaktor, Piezoaktor-Modul
2B: Koppel-Modul
2C: Schaltventil
2D: Düsenmodul
2E: Düsennadel
2F: Begrenzungsoberfläche der Düsennadel
fAktor: Frequenz des Piezoaktors
fnNadel: Frequenz der Düsennadel
fnGehäuse: Frequenz des Ventilgehäusekörpers
fRNadel: Resonanzfrequenz der Düsennadel
fRGehäuse: Resonanzfrequenz des Ventilgehäusekörpers
fBand: Frequenzband
x: Abstand 1G und 2F

Claims

Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils (100), umfassend einen Piezoaktor (2A) und eine Düsennadel (2E) sowie einen einteiligen oder mehrteiligen Ventilgehäusekörper (1A, 1B), wobei der Piezoaktor (2A) mit der Düsennadel (2E) gekoppelt ist, der die Düsennadel (2E) relativ zu dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) betätigt, und der Piezoaktor (2A) an dem die Düsennadel (2E) aufnehmenden Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) einfach oder mehrfach gelagert ist, wobei der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) elektrisch angeregt wird und durch die elektrische Anregung mechanische Schwingungen aussendet, die auf die Düsennadel (2E) und/oder den Ventilgehäusekörper (1A, 1B) übertragen werden, wodurch Verunreinigungen an der Düsennadel (2E) und/oder an dem Ventilgehäusekörper (1B) im Bereich der Düsennadel (2E) beseitigt werden, wobei in einem ersten Schwingungssystem (2A, 2B, 2C, 2D, 2E) durch die elektrische Anregung des Piezoaktors (2A) die schwingende Düsennadel (2E) als Schallquelle wirkt, und an ihrer Begrenzungsoberfläche (2F) Schallwellen auf den die Düsennadel (2E) umgebenden Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) überträgt und der in einem zweiten Schwingungssystem (2A, 1A, 1B) durch die elektrische Anregung des Piezoaktors (2A) schwingende Ventilgehäusekörper (1A, 1B) als Schallquelle wirkt, und an seiner Begrenzungsoberfläche (1G) Schallwellen auf die in dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) angeordnete Düsennadel (2E) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) überträgt, wobei die Schallwellen der Schallquellen in der sich an der Düsennadel (2E) oder dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) einstellenden Frequenz (f_nNadel, f_nGehäuse) oder in der sich an der Düsennadel (2E) oder dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) hervorgerufenen Resonanzfrequenz (f_RNadel) (f_RGehäuse) von den jeweiligen Begrenzungsoberflächen (2F, 1G) ausgesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) derart elektrisch angeregt wird, dass in Abhängigkeit des Abstandes (x) zwischen Düsennadel (2E) und Ventilgehäusekörper (1A, 1B) dafür gesorgt wird, dass sich die Amplituden der Schallwellen der Schallquellen, die von den jeweiligen Begrenzungsoberflächen (2F, 1G) der Düsennadel (2E) oder des Ventilgehäusekörpers (1A, 1B) in den sich einstellenden Frequenzen (f_nNadel, f_nGehäuse) oder in den hervorgerufen Resonanzfrequenzen (f_RNadel) (f_RGehäuse) ausgesendet werden, in konstruktiver Interferenz verstärken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die elektrische Anregung des Piezoaktors (2A) mechanische Schwingungen in einer vorgebbaren Frequenz (f_Aktor) im Ultraschallwellenbereich erzeugt werden, die in einem Frequenzband (f_Band) im Frequenzbereich zwischen 16 kHz und 800 kHz liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (2E) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) in einem ersten Schwingungssystem (2A, 2B, 2C, 2D, 2E) mechanisch oder hydraulisch mit dem Piezoaktor (2A) gekoppelt ist, so dass die von dem Piezoaktor (2A) ausgesendeten mechanischen Schwingungen zur Beseitigung der Verunreinigungen an der Düsennadel (2E) von dem Piezoaktor (2A) mechanisch oder hydraulisch auf die Düsennadel (2E) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) gelagerte Piezoaktor (2A) in einem zweiten Schwingungssystem (2A, 1A, 1B) mechanisch mit dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) gekoppelt ist, so dass die mechanischen Schwingungen zur Beseitigung der Verunreinigungen an dem Ventilgehäusekörper (1A, 1B) im Bereich der Düsennadel (2E) von dem Piezoaktor (2A) mechanisch auf den Ventilgehäusekörper (1A, 1B) übertragen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) für einen vorgebbaren Zeitraum mit einer bestimmten aus dem Frequenzbereich ausgewählten Frequenz (f_Aktor) elektrisch angeregt wird und Körperschallwellen aussendet, wodurch die Düsennadel (2E) und der Ventilgehäusekörper (1A, 1B) in dem vorgegebenen Zeitraum durch Übertragung der Körperschallwellen mittels des ersten Schwingungssystems (2A, 2B, 2C, 2D, 2E) und des zweiten Schwingungssystems (2A, 1A, 1B) auf die Düsennadel (2E) und den Ventilgehäusekörper (1A, 1B) im Bereich der Düsennadel (2E) in einer sich einstellenden Frequenz (f_nNadel, f_nGehäuse) schwingen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) für einen vorgebbaren Zeitraum mit einer bestimmten aus dem Frequenzbereich ausgewählten Frequenz (f_Aktor) elektrisch angeregt wird und Körperschallwellen aussendet, wodurch die Düsennadel (2E) oder der Ventilgehäusekörper (1A, 1B) in dem vorgegebenen Zeitraum durch Übertragung der Körperschallwellen mittels des ersten Schwingungssystems (2A, 2B, 2C, 2D, 2E) und des zweiten Schwingungssystems (2A, 1A, 1B) auf die Düsennadel (2E) und den Ventilgehäusekörper (1A, 1B) im Bereich der Düsennadel (2E) in ihrer Resonanzfrequenz (f_RNadel, f_RGehäuse) schwingen, während die nicht in der Resonanzfrequenz (f_RNadel) schwingende Düsennadel (2E) oder der nicht in der Resonanzfrequenz (f_RGehäuse) schwingende Ventilgehäusekörper (1A, 1B) in einer sich einstellenden Frequenz (f_nNadel, f_nGehäuse) schwingen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (2A) zur Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) für einen vorgebbaren Zeitraum in einem Durchlauf eines ausgewählten Frequenzbandes (f_Aktor, f_Band) des Frequenzbereiches elektrisch angeregt wird und Körperschallwellen aussendet, wodurch die Düsennadel (2E) und/oder der Ventilgehäusekörper (1A, 1B) durch Übertragung der Körperschallwellen mittels des ersten Schwingungssystems (2A, 2B, 2C, 2D, 2E) und des zweiten Schwingungssystems (2A, 1A, 1B) auf die Düsennadel (2E) und/oder den Ventilgehäusekörper (1A, 1B) im Bereich der Düsennadel (2E) in ihrer Resonanzfrequenz (f_RNadel, f_RGehäuse) schwingen, während die nicht in der Resonanzfrequenz (f_RNadel) schwingende Düsennadel (2E) oder der nicht in der Resonanzfrequenz (f_RGehäuse) schwingende Ventilgehäusekörper (1A, 1B) in einer sich einstellenden Frequenz (f_nNadel, f_nGehäuse) schwingen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Frequenzband (f_Aktor, f_band) einem Teilbereich des Frequenzbereiches zwischen 16 kHz und 800 kHz oder dem Frequenzbereich zwischen 16 kHz und 800 kHz entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (2A) des Kraftstoff-Einspritzventils (100) in einem in eine Verbrennungskraftmaschine eingebauten Zustand oder in einem ausgebauten Zustand angeregt wird.
Verfahren zur Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils einer Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei die Einspritzanlage mindestens ein in einen Brennraum mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Kraftstoff einspritzendes Kraftstoff-Einspritzventil (100) umfasst, gekennzeichnet durch mindestens einen der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) im in der Einspritzanlage eingebauten Zustand außerhalb eines Betriebes der Einspritzanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) im in der Einspritzanlage eingebauten Zustand während des Betriebes der Einspritzanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung des Kraftstoff-Einspritzventils (100) im in der Einspritzanlage eingebauten Zustand sowohl außerhalb der sich in Betrieb befindenden Einspritzanlage und auch während des Betriebes der Einspritzanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung eines Kraftstoff-Einspritzventils (100) im in der Einspritzanlage eingebauten Zustand während der sich in Betrieb befindenden Einspritzanlage außerhalb der Einspritzzyklen durchgeführt wird.
Einspritzanlage einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein in einen Brennraum mindestens eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnetes Kraftstoff einspritzendes Kraftstoff-Einspritzventil (100), die zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 eingerichtet ist.