DE102017213120A1

DE102017213120A1 - Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102017213120A1
Application number: DE102017213120.9A
Authority: DE
Inventors: Manfred Lauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung mittels zumindest eines Injektors direkt in zumindest einen Zylinder der Brennkraftmaschine für einen Direktstart, wobei der Kraftstoff mit einer Niederdruckpumpe aus einem Tank einer Hochdruckpumpe zuförderbar ist und der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe in ein Kraftstoffrail förderbar ist, an den der zumindest eine Injektor Kraftstoff führend angeordnet ist, wobei ein Hochdruckspeicher Kraftstoff führend mit dem Kraftstoffrail über ein Ventil verbindbar ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung, erfolgt bei einem Direktstart der Brennkraftmaschine eine ideale Gemischaufbereitung im Zylinder, wodurch die Startemissionen deutlich reduziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beim Direktstart wird eine fremd gezündete Hubkolben-Brennkraftmaschine ohne Anlasser aus der Drehzahl „Null“ zum Laufen gebracht. Das Steuergerät der Brennkraftmaschine identifiziert üblicher Weise mit Hilfe eines Sensors, oder mehrerer Sensoren, in welchem Zylinder der Kolben die günstigste Position nach dem oberen Totpunkt (gemessen in Grad Kurbelwinkel) eingenommen hat. Dann wird in diesen Brennraum Kraftstoff direkt eingespritzt und gezündet. Auf diese Weise entsteht genügend Drehmoment, um den Motor in Bewegung zu setzen, d. h. zu Starten.
Wenn die Hubkolben-Brennkraftmaschine längere Zeit steht sinkt der Druck im Kraftstoffsystem jedoch ab. Zum Starten der Hubkolben-Brennkraftmaschine steht dann schlimmstenfalls nur der Pumpendruck der Vorförderpumpe, ca. 5 bar, zur Verfügung. Da die Injektoren auf einen Betriebsdruck von ca. 200 bar, zukünftig auch 350 bar ausgelegt sind, kann dann keine optimale Zerstäubung des Kraftstoffes gewährleistet werden. Die Abgasemissionen (Ruß, CO, etc.) sind dann entsprechend schlecht nach einem Direktstart der Brennkraftmaschine.
Um dieses Problem zu lösen, wird in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 102 60 775 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ein Kraftstoffversorgungssystem für Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung vorgeschlagen, mit einer Vorförderpumpe und einer nachgeschalteten Hochdruckpumpe, zur Förderung des Kraftstoffs über ein Leitungssystem aus einem Kraftstoffbehälter zu einer der Hochdruckpumpe nachgeschalteten Parallelschaltung von mehreren Injektoren oder Einspritzdüsen. Zwischen der Vorförderpumpe und den Injektoren oder Einspritzdüsen ist eine zur Hochdruckpumpe parallel geschaltete hydraulische Übersetzung vorgesehen, die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines zur Einspritzung notwendigen hohen Kraftstoffdrucks in den Start- oder Stillstandsphasen des Verbrennungsmotors ausgelegt ist. Hierbei ist die Vorförderpumpe eingangsseitig über eine Leitung mit einem Kraftstoffbehälter und ausgangsseitig über eine weitere Leitung mit der hydraulischen Übersetzung verbunden, wobei die Vorförderpumpe ausgangsseitig über eine weitere Leitung mit der Hochdruckpumpe verbunden ist.
Nachteilig an dieser bekannten Ausgestaltung ist der relativ hohe bauliche Aufwand zur Erzeugung eines Hochdrucks in dem Kraftstoffsystem, bei einem Direktstart der Hubkolben-Brennkraftmaschine.
Um das gleiche Problem beim Direktstart einer Hubkolben-Brennkraftmaschine zu lösen, wird in der Internationalen Patentanmeldung mit der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2007/118757 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem wenigstens zeitweise Kraftstoff in einen Brennraum eingebracht und endzündet und hierdurch ein Kolben angetrieben wird, wobei während einer Speicherphase in einem Brennraum komprimiertes Fluid in einen Druckspeicher geleitet wird. In einer speziellen Ausführungsform wird in den Druckspeicher vor und/oder während der Speicherphase weiterhin Kraftstoff eingebracht, so dass das Fluid ein Kraftstoff-Luft-Gemisch ist.
Auch dieses Verfahren ist baulich sehr aufwendig, und neigt zu Ausfällen durch Verschmutzung des Druckspeichers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie während eines Direktstarts einer Brennkraftmaschine ein ausreichend hoher Kraftstoffdruck zur Verfügung gestellt werden kann, um die Abgasemissionen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Wenn beim Direktstart Kraftstoff eingespritzt werden soll, wird das Ventil geöffnet und es steht sofort ein Druck von 200 bis 350 bar am Injektor an. Damit sind eine gute Zerstäubung Kraftstoffes und eine hinreichende Einspritzmenge verfügbar. Der fein zerstäubte Kraftstoff verbrennt sauber, praktisch emissionsfrei, und der entstehende Verbrennungsdruck startet die Hubkolben-Brennkraftmaschine ohne zusätzliche Emissionen durch unzureichende Kraftstoffaufbereitung. Im Idealfall kann der Ritzelstarter entfallen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Ausgestaltung gemäß den Patentansprüchen 2 und 3 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffversorgungssystem für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Die Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffeinspritzung mit drei Injektoren 1 direkt in jeweils einen Zylinder der Brennkraftmaschine für einen Direktstart auf. Der Kraftstoff ist in einem Tank 3 angeordnet, ein Dreieck zeigt symbolisch den Pegelstand des Kraftstoffes. Eine Niederdruckpumpe 2 saugt den Kraftstoff durch eine nicht bezifferte Kraftstoffleitung aus dem Tank 3 und fördert diesen mit einem Vorförderdruck (Niederdruck) von ca. 5 bar in eine nachgeschaltete Hochdruckpumpe 4. Die Hochdruckpumpe komprimiert den Kraftstoff auf einen Hochdruck, der im Bereich von ca. 200 bis 350 bar liegt und fördert den Kraftstoff durch eine weitere, ebenfalls nicht bezifferte Kraftstoffleitung in ein Kraftstoffrail 5. An das Kraftstoffrail 5 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die drei Injektoren 1 angeordnet, zur Einspritzung des Kraftstoffs direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine. In anderen Ausführungsbeispielen können es auch mehr oder weniger Injektoren 1 sein, entsprechend der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine.
Damit nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffrail 5 nicht unter einen zulässigen Wert sinken kann, ist erfindungsgemäß ein Hochdruckspeicher 6 Kraftstoff führend mit dem Kraftstoffrail 5 über ein Ventil 7 verbindbar. Der Kraftstoff wird in dem Hochdruckspeicher 6 in einer Kammer 8 eingelagert, und ist mit einem Gegendruck beaufschlagt. Dieser Gegendruck kann, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein Federelement 9 über eine Membran auf die Kammer 8 einwirken oder über einen Gasdruck. Zur Kraftübertragung ist zwischen der Kammer 8 und dem Federelement eine Membran 10 vorgesehen. Der Kraftstoffdruck in der Kammer 8 beträgt vorzugsweise zwischen 200 und 350 bar.
Um auch nach langer Standzeit der Brennkraftmaschine eine optimale Zerstäubung der Kraftstoffmenge zu gewährleisten wird somit erfindungsgemäß der Einsatz des Druckspeichers mit einem Schaltventil am Kraftstoffrail vorgeschlagen.
Wenn Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt werden soll, wird das Ventil 7 geöffnet und es steht sofort ein Druck von ca. 200 bis 350 bar an dem Injektor 1 an. Damit sind eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes und eine hinreichende Einspritzmenge verfügbar. Der zerstäubte Kraftstoff verbrennt sauber und der entstehende Verbrennungsdruck startet die Brennkraftmaschine ohne zusätzliche Emissionen durch unzureichende Kraftstoffaufbereitung. Im Idealfall kann der Ritzelstarter entfallen.
Bezugszeichenliste

1.: Injektor
2.: Niederdruckpumpe
3.: Tank
4.: Hochdruckpumpe
5.: Kraftstoffrail
6.: Hochdruckspeicher
7.: Ventil
8.: Kammer
9.: Federelement
10.: Membran

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10260775 A1 [0004]
WO 2007/118757 A1 [0006]

Claims

Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung mittels zumindest eines Injektors (1) direkt in zumindest einen Zylinder der Brennkraftmaschine für einen Direktstart, wobei der Kraftstoff mit einer Niederdruckpumpe (2) aus einem Tank (3) einer Hochdruckpumpe (4) zuförderbar ist und der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe (4) in ein Kraftstoffrail (5) förderbar ist, an den der zumindest eine Injektor (1) Kraftstoff führend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckspeicher (6) Kraftstoff führend mit dem Kraftstoffrail (5) über ein Ventil (7) verbindbar ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (6) eine Kammer (8) für den Kraftstoff aufweist, die mit einem Gegendruck beaufschlagbar ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruck durch ein Federelement (9) oder einen Gasdruck erzeugt ist.