DE102018209101A1 - Injector and internal combustion engine with adaptive injection behavior - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend ein einteiliges Schließelement (2), einen Ventilkörper (3), eine erste Spritzlochanordnung (101) im Ventilkörper (3) mit einer Vielzahl von ersten Spritzlöchern (31), eine zweite Spritzlochanordnung (102) im Ventilkörper (3) mit wenigstens einem zweiten Spritzloch (32), wobei die erste Spritzlochanordnung (101) von der zweiten Spritzlochanordnung (102) in Axialrichtung des Injektors um einen vorbestimmten Abstand (A) versetzt ist, einen ersten Dichtsitz (4) zwischen dem Schließelement (2) und dem Ventilkörper (3), und einen zweiten Dichtsitz (5) zwischen dem Schließelement (2) und dem Ventilkörper (3), welcher in Axialrichtung des Injektors zwischen der ersten und zweiten Spritzlochanordnung (101, 102) angeordnet ist, wobei der zweite Dichtsitz (5) in Axialrichtung eine zylindrische Dichtfläche mit einer vorbestimmten Länge (L) aufweist, um im Öffnungsfall des Injektors eine gestufte Einspritzung des Kraftstoffs zu erreichen, und wobei die erste Spritzlochanordnung (101) gleich viele oder mehr Spritzlöcher als die zweite Spritzlochanordnung (102) aufweist.The present invention relates to an injector for injecting fuel, in particular directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a one-piece closing element (2), a valve body (3), a first injection nozzle arrangement (101) in the valve body (3) with a plurality of first injection holes (31), a second spray hole assembly (102) in the valve body (3) having at least a second spray hole (32), wherein the first spray hole arrangement (101) of the second spray hole assembly (102) in the axial direction of the injector offset by a predetermined distance (A) is a first sealing seat (4) between the closing element (2) and the valve body (3), and a second sealing seat (5) between the closing element (2) and the valve body (3), which in the axial direction of the injector between the first and second injection port arrangement (101, 102) is arranged, wherein the second sealing seat (5) in the axial direction of a cylindrical sealing surface with a predetermined Lä L (L), in order to achieve a stepped injection of the fuel in the opening case of the injector, and wherein the first injection nozzle arrangement (101) equal to many or more injection holes than the second injection nozzle arrangement (102).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum sowie eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Injektor, insbesondere zur Durchführung eines homogenen Brennverfahrens. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Injektors sowie verschiedene Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.The present invention relates to an injector for the direct injection of fuel into a combustion chamber and to an internal combustion engine having such an injector, in particular for carrying out a homogeneous combustion process. Furthermore, the present invention relates to the use of an injector according to the invention and various methods for operating an internal combustion engine.
Injektoren für Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Bei Otto-Brennkraftmaschinen, bei denen im Vergleich zu Diesel-Brennkraftmaschinen geringere Einspritzdrücke vorliegen, sind Injektoren mit mehreren Einspritzlöchern bekannt, welche üblicherweise in einer Ebene senkrecht zu einer Mittelachse des Injektors liegen. Hierbei können Einspritzwinkel der einzelnen Spritzlöcher variiert werden, um unterschiedliche Spraybilder zu erzeugen. Aus der
Für konventionelle ottomotorische Brennverfahren ist eine erhöhte Eindringtiefe aufgrund der vergleichsweise geringeren Gegendrücke insbesondere während der Saughubeinspritzung nicht zielführend. In der Anwendung für Ottomotoren ist es das Ziel, durch einen entsprechenden Sprayaufbruch und dessen Interaktion mit der Ladungsbewegung, Wandkontakt von eingespritztem Kraftstoff zu vermeiden und eine möglichst homogene Gemischzusammensetzung zu erreichen.For conventional Otto engine combustion methods, an increased penetration depth is not expedient due to the comparatively lower back pressure, in particular during the intake stroke injection. In the application for gasoline engines, the goal is to avoid by a corresponding spray breakup and its interaction with the charge movement, wall contact of injected fuel and to achieve a homogeneous mixture composition as possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Injektor einer Brennkraftmaschine zum Einspritzen von Kraftstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Brennverfahren der Brennkraftmaschine signifikant verbessert werden kann, wobei insbesondere weniger gasförmige Rohemissionen (HC-, CO- und NOx-Rohemissionen) als auch Partikelrohemissionen (Ruß) erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Injektor ein einteiliges Schließelement und einen Ventilkörper umfasst, in welchem Spritzlöcher ausgebildet sind. Hierbei ist eine erste Spritzlochanordnung im Ventilkörper mit einer Vielzahl von ersten Spritzlöchern vorgesehen und eine zweite Spritzlochanordnung im Ventilkörper mit wenigstens einem zweiten Spritzloch vorgesehen. Dabei ist eine Anzahl von Spritzlöchern der ersten Spritzlochanordnung gleich oder größer als eine Anzahl der Spritzlöcher der zweiten Spritzlochanordnung. Die spezielle Anordnung der Spritzlöcher ist dabei derart, dass die erste Spritzlochanordnung von der zweiten Spritzlochanordnung in Axialrichtung des Injektors um einen Abstand A versetzt ist. Weiterhin ist zwischen dem einteiligen Schließelement und dem Ventilkörper ein erster Dichtsitz und ein zweiter Dichtsitz ausgebildet. Dabei ist der zweite Dichtsitz in Axialrichtung des Injektors zwischen der ersten Spritzlochanordnung und der zweiten Spritzlochanordnung angeordnet. Der zweite Dichtsitz weist dabei in Axialrichtung des Injektors eine zylindrische Dichtfläche mit einer vorbestimmten Länge auf, um im Öffnungsfall des Ventils eine gestufte Einspritzung des Kraftstoffs zu erreichen. Durch die zylindrische Dichtfläche am zweiten Dichtsitz wird beim Öffnen des Schließelements zuerst die erste Spritzlochanordnung freigegeben, so dass Kraftstoff über die Spritzlöcher der ersten Spritzlochanordnung in einen Brennraum eingespritzt werden kann und nach Zurücklegen der vorbestimmten Länge am zweiten Dichtsitz durch das sich öffnende Schließelement werden die Spritzlöcher der zweiten Spritzlochanordnung freigegeben und wird über die Spritzlöcher der zweiten Spritzlochanordnung in den Brennraum eingespritzt. Somit kann eine gestufte Einspritzung erreicht werden, wobei alle Spritzlöcher vorzugsweise erst nach einem vordefinierten Hub, insbesondere einem Vollhub, des einteiligen Schließelements freigegeben sind.The injector according to the invention of an internal combustion engine for injecting fuel with the features of
Hierbei sei angemerkt, dass im geschlossenen Zustand der erste Dichtsitz vollständig abdichtet. Im Öffnungsfall ist der zweite Dichtsitz aufgrund der zylindrischen Führung nicht ganz dicht. Da mit immer weitergehendem Öffnungshub eine axiale Länge des zweiten Dichtsitzes immer kleiner wird, wirkt der zweite Dichtsitz wie eine variable Drossel. Somit kann der zweite Dichtsitz auch als variabler Drosselsitz bezeichnet werden. Im Öffnungsfall ist eine Leckage über den zweiten Dichtsitz mit zunehmendem Öffnungsweg immer größer, bis dann keine radiale Überdeckung zwischen dem Ventilkörper und der zylindrischen Führung des zweiten Dichtsitzes mehr vorhanden ist und der zweite Dichtsitz vollständig öffnet. Somit kann mittels des erfindungsgemäßen Injektors bei ottomotorischen Brennverfahren auf einfache Weise im Teillastbetrieb nur durch Öffnen der ersten Spritzlochanordnung und ein Volllastbetrieb durch Öffnen der ersten und zweiten Spritzlochanordnung ermöglicht werden. Bisher gab es im Stand der Technik bei ottomotorischen Brennverfahren immer einen Zielkonflikt zwischen einer Auslegung des Brennverfahrens für Teillast und Volllast. Dies kann erfindungsgemäß durch die Möglichkeit der gestuften Einspritzung gelöst werden. Hierbei ist die erste Spritzlochanordnung mit einer Vielzahl von Spritzlöchern für eine Teillast der Brennkraftmaschine optimiert und die zweite Spritzlochanordnung ist dann für höhere Lasten bzw. Volllast-Betriebspunkt der Otto-Brennkraftmaschine optimiert. Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass es nun möglich ist, in der ersten Spritzlochanordnung spezielle Spritzlöcher für die Zündung vorzusehen, welche den Kraftstoff zur Zündkerze bzw. in einen Bereich nahe an der Zündkerze zuführen. Hier kann eine kompromisslose Auslegung eines derartigen Zünd-Spritzloches erfolgen, da die weitere benötigte Kraftstoffmenge über die anderen Spritzlöcher der ersten Spritzlochanordnung bei Teillast und bei höherer Lastanforderung als Teillast bzw. Volllast zusätzlich auch über die zweite Spritzlochanordnung eingespritzt werden können. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, den Einspritzvorgang derart zu gestalten, so dass die Verbrennung positiv beeinflusst wird und somit der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert werden kann. Somit kann der erfindungsgemäße Injektor zwei optimierte Sprayauslegungen für Teillast und Volllast bzw. höhere Lastanforderungen realisieren.It should be noted that in the closed state, the first sealing seat completely seals. In the opening case, the second sealing seat is not quite tight due to the cylindrical guide. Since an axial length of the second sealing seat becomes smaller and smaller as the opening stroke continues, the second sealing seat acts like a variable throttle. Thus, the second sealing seat may also be referred to as a variable throttle seat. In the opening case leakage over the second sealing seat with increasing opening travel is always greater until then no radial overlap between the valve body and the cylindrical guide of the second sealing seat is more present and the second sealing seat opens completely. Thus, by means of the injector according to the invention in Otto engine combustion method simple way in partial load operation only by opening the first spray hole arrangement and a full load operation by opening the first and second spray hole arrangement are made possible. Up to now, there has always been a conflict of objectives in the state of the art in Otto engine combustion processes between a design of the combustion process for partial load and full load. This can be solved according to the invention by the possibility of the stepped injection. Here, the first injection nozzle arrangement is optimized with a plurality of spray holes for a partial load of the internal combustion engine and the second injection nozzle arrangement is then optimized for higher loads or full load operating point of the gasoline engine. Another major advantage of the invention is that it is now possible to provide in the first spray hole arrangement special injection injection ports, which supply the fuel to the spark plug or into a region close to the spark plug. Here, an uncompromising interpretation of such a Zünd-spray hole can be made because the additional amount of fuel required over the other spray holes of the first spray hole arrangement at partial load and higher load demand can be injected as a partial load or full load in addition to the second spray hole arrangement. This results in the possibility to design the injection process so that the combustion is positively influenced and thus the efficiency of the internal combustion engine can be improved. Thus, the injector according to the invention can realize two optimized spray designs for part load and full load or higher load requirements.
Es sei angemerkt, dass der Teillastbereich vorzugsweise bis zu einem Bereich von 70% einer maximalen Lastanforderung der Brennkraftmaschine reicht. Im Bereich von 70% bis 100% ist dann die Volllast bzw. höhere Lastanforderung gegeben.It should be noted that the partial load range preferably ranges up to a range of 70% of a maximum load requirement of the internal combustion engine. In the range of 70% to 100% then the full load or higher load requirement is given.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugweise ist ein maximaler Durchfluss von Kraftstoff durch die Spritzlöcher der ersten Spritzlochanordnung in einem Bereich von 30% bis 40% eines Gesamtdurchflusses des Kraftstoffs durch die Spritzlöcher der ersten und zweiten Spritzlochanordnung. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei Teillast nur relativ kleine eingespritzte Kraftstoffmassen eingespritzt werden, um eine gute Gemischbildung im Brennraum zu gewährleisten.Preferably, a maximum flow rate of fuel through the injection holes of the first injection pattern is in a range of 30% to 40% of a total flow of the fuel through the injection holes of the first and second spray holes. In this way it can be ensured that only relatively small injected fuel masses are injected at partial load in order to ensure a good mixture formation in the combustion chamber.
Weiter bevorzugt sind alle Spraykegel, welche durch die erste Spritzlochanordnung erzeugt werden, von einer Mittelachse des Injektors weiter entfernt als alle Spraykegel, welche durch die zweite Spritzlochanordnung erzeugt werden. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn bis zu einem Abstand von mindestens 30 mm von einer Injektorspitze diese Voraussetzung, dass die Spraykegel der ersten Spritzlochanordnung weiter außen als die Spraykegel der zweiten Spritzlochanordnung verlaufen, erfüllt ist. In einem Bereich weiter entfernt als 30 mm von der Injektorspitze können sich die Spraykegel dann schneiden bzw. vermischen.More preferably, all spray cones generated by the first spray hole arrangement are farther from a central axis of the injector than all the spray cones generated by the second spray hole arrangement. In this case, it is particularly preferred if, up to a distance of at least 30 mm from an injector tip, this requirement that the spray cones of the first spray-hole arrangement run farther outward than the spray cones of the second spray-hole arrangement is fulfilled. In a region farther than 30 mm from the injector tip, the spray cones can then be cut or mixed.
Weiter bevorzugt ist wenigstens ein Spritzloch der ersten Spritzlochanordnung derart angeordnet, dass eine Ausbildung eines Spraykegels durch das Spritzloch der ersten Spritzlochanordnung in Richtung zu einer Zündkerze und/oder benachbart zu einer Zündkerze gerichtet ist. Dieses wenigstens eine Spritzloch kann auch als Zünd-Spritzloch bezeichnet werden und kann optimal auf die Ausbildung eines zündfähigen Gemisches im Bereich der Zündkerze ausgelegt werden. Besonders bevorzugt sind hierbei zwei Zünd-Spritzlöcher in der ersten Spritzlochanordnung vorgesehen. Die Spraykegel der beiden Zünd-Spritzlöcher sind dabei derart, dass im eingebauten Zustand in einer Brennkraftmaschine eine Zündkerze genau zwischen den beiden erzeugten Spraykegeln der Zünd-Spritzlöchern liegt.More preferably, at least one spray hole of the first spray hole arrangement is arranged such that a formation of a spray cone is directed through the spray hole of the first spray hole arrangement in the direction of a spark plug and / or adjacent to a spark plug. This at least one spray hole can also be referred to as an ignition spray hole and can be optimally designed for the formation of an ignitable mixture in the region of the spark plug. In this case, two ignition-injection holes are particularly preferably provided in the first spray-hole arrangement. The spray cone of the two ignition-injection holes are such that in the installed state in an internal combustion engine, a spark plug is exactly between the two generated spray cones of the ignition spray holes.
Ein besonders schadstoffarmes Brennverfahren kann erreicht werden, wenn eine Spritzrichtung der Spritzlöcher der ersten und zweiten Spritzlochanordnung derart ist, dass jede Spritzrichtung der Spritzlöcher bei einer Draufsicht in Axialrichtung des Injektors auf das Spraybild unterschiedlich ist. D.h., ausgehend von einer Mittellinie des Injektors ist die jeweilige radiale Hauptrichtung der gebildeten Spraykegel der Spritzlöcher unterschiedlich, so dass sich vorzugsweise keinerlei Überdeckung der Spraykegel aller Spritzlöcher ergibt. Weiter bevorzugt sind alle Spritzlöcher der ersten und zweiten Spritzlochanordnung in einem spitzen Winkel zur Mittelachse des Injektors gerichtet. Besonders bevorzugt ist der spitze Winkel von paarweisen Spritzlöchern dabei gleich.A particularly low-emission combustion method can be achieved if an injection direction of the injection holes of the first and second injection nozzle arrangement is such that each injection direction of the injection holes in a plan view in the axial direction of the injector is different to the spray pattern. In other words, starting from a center line of the injector, the respective radial main direction of the spray cones of the injection holes formed is different, so that preferably there is no overlap of the spray cones of all spray holes. More preferably, all the injection holes of the first and second spray hole arrangement are directed at an acute angle to the central axis of the injector. Particularly preferably, the acute angle of pairwise spray holes is the same.
Um eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum zu erreichen, sind vorzugsweise die Spritzlöcher der ersten Spritzlochanordnung in einer ersten Ebene
Die erste Ebene und die zweite Ebene sind dabei derart definiert, dass alle Mittelpunkte der ersten Spritzlöcher am Eintrittsort der ersten Spritzlöcher in der ersten Ebene liegen und alle Mittelpunkte der zweiten Spritzlöcher am Eintrittsort der zweiten Spritzlöcher in der zweiten Ebene liegen.The first plane and the second plane are defined in such a way that all centers of the first injection holes are at the entry location of the first injection holes in the first plane and all centers of the second injection holes are at the entry location of the second injection holes in the second plane.
Vorzugsweise ist der erste Dichtsitz ein sich verjüngender Dichtsitz, insbesondere ein konischer Dichtsitz.Preferably, the first sealing seat is a tapered sealing seat, in particular a conical sealing seat.
Weiter bevorzugt ist der Injektor ein nach innen öffnender Injektor. D.h., das Schließelement des Injektors wird in Richtung des Injektorinneren zurückgezogen, um die Spritzlöcher für die Einspritzung von Kraftstoff freizugeben. More preferably, the injector is an inwardly opening injector. That is, the closing member of the injector is retreated toward the injector interior to release the injection ports for the injection of fuel.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Injektor.Furthermore, the present invention relates to an internal combustion engine with an injector according to the invention.
Bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine eine Zündkerze. Weiter bevorzugt sind die Spritzlöcher der ersten Spritzlochanordnung derart angeordnet, dass wenigstens ein Spraykegel der Spritzlöcher der ersten Spritzlochanordnung in Richtung zur Zündkerze oder direkt auf die Zündkerze gerichtet ist.Preferably, the internal combustion engine comprises a spark plug. More preferably, the spray holes of the first spray hole arrangement are arranged such that at least one spray cone of the injection holes of the first spray hole arrangement is directed towards the spark plug or directly to the spark plug.
Vorzugsweise ist der Injektor und/oder die Zündkerze zentral zwischen Einlass- und Auslassventilen im Zylinderkopf angeordnet. Bevorzugt ist eine Mittelachse des Injektors parallel, vorzugsweise identisch, mit einer Mittelachse des Zylinders im Brennraum.Preferably, the injector and / or the spark plug is arranged centrally between intake and exhaust valves in the cylinder head. Preferably, a central axis of the injector is parallel, preferably identical, with a central axis of the cylinder in the combustion chamber.
Weiter bevorzugt umfasst die Brennkraftmaschine ferner eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, bei einer Teillastanforderung der Brennkraftmaschine nur die erste Spritzlochanordnung zu öffnen und bei einer Lastanforderung größer als die Teillastanforderung, insbesondere einer Volllastanforderung, der Brennkraftmaschine sowohl die erste als auch die zweite Spritzlochanordnung zu öffnen. Hierdurch kann eine optimierte Einspritzung sowohl für Teillast als auch für Volllast erreicht werden. Es sei angemerkt, dass erfindungsgemäß unter Teillast eine Lastanforderung in einem Bereich von kleiner gleich 70% der Maximallast der Brennkraftmaschine verstanden wird. Volllast ist demnach ein Bereich größer als 70% der Lastanforderung.Further preferably, the internal combustion engine further comprises a control unit which is configured to open at a partial load request of the internal combustion engine only the first spray hole arrangement and at a load request greater than the partial load request, in particular a full load request, the internal combustion engine to open both the first and the second spray hole arrangement. As a result, an optimized injection can be achieved both for partial load and for full load. It should be noted that according to the invention under partial load a load requirement in a range of less than or equal to 70% of the maximum load of the internal combustion engine is understood. Full load is therefore an area greater than 70% of the load requirement.
Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit der Brennkraftmaschine derart eingerichtet, bei einem Luftverhältnis von Ä = 1 eine Einspritzung sowohl im Teillastbetrieb als auch im Volllastbetrieb kurz nach einem Ladungswechsel-Oberer-Totpunkt (LOT) durchzuführen. Die Einspritzung erfolgt vorzugsweise unter einem hohen Druck von größer als 2000 × 105 Pa. Somit bleibt mehr Zeit für eine Gemischbildung und der hohe Systemdruck wirkt sich zusätzlich positiv auf die Gemischbildung aus.More preferably, the control unit of the internal combustion engine is set up to carry out an injection at an air ratio of λ = 1, both in partial load operation and in full load operation shortly after a charge change upper dead center (LOT). The injection is preferably carried out under a high pressure of greater than 2000 × 10 5 Pa. This leaves more time for mixture formation and the high system pressure also has a positive effect on mixture formation.
Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, verschiedene Mager-Brennverfahren auszuführen. Dazu zählen u.a. die homogene Kompressionszündung (HCCI Homogeneous Charge Compression Ignition, mit und ohne Zündungsunterstützung), Schichtbrennverfahren als auch homogene Magerbrennverfahren, die durch eine Einspritzung einer Kleinstmenge im Kompressionshub charakterisiert sind. Das Mager-Brennverfahren kann hierbei mit Selbstzündung oder alternativ auch mit Zündungsunterstützung ausgeführt werden. Das Luftverhältnis Ä ist dabei vorzugsweise sehr viel größer als 1. Zum Beispiel beim HCCI-Brennverfahren kann ein homogenes Gemisch infolge einer sehr hohen Verdichtung gleichzeitig im gesamten Brennraum verbrennen. Hierbei kann entweder eine Selbstzündung des homogenen Gemischs erfolgen oder alternativ auch eine Fremdzündung mit einer Zündkerze. Vorzugsweise wird das HCCI-Brennverfahren im Teillastbereich dabei mit Selbstzündung realisiert und in einem Lastbereich größer als der Teillastbereich bis zur absoluten Volllast mit Fremdzündung.More preferably, the control unit is configured to carry out various lean combustion processes. These include u.a. homogeneous compression ignition (HCCI Homogeneous Charge Compression Ignition, with and without ignition assist), stratified combustion as well as homogeneous lean burn processes, which are characterized by injection of a minimum amount in the compression stroke. The lean burn process can be carried out here with auto-ignition or alternatively with ignition assistance. The air ratio Ä is preferably much greater than 1. For example, in the HCCI combustion process, a homogeneous mixture due to a very high compression burn at the same time in the entire combustion chamber. This can be done either a self-ignition of the homogeneous mixture or alternatively, a spark ignition with a spark plug. Preferably, the HCCI combustion process is realized in the partial load range with auto-ignition and in a load range greater than the partial load range to the absolute full load with spark ignition.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinheit der Brennkraftmaschine derart eingerichtet, um eine Voreinspritzung und wahlweise eine oder mehrere Haupteinspritzungen sowohl in Teillast als auch in Volllast auszuführen. Hierbei wird bei Teillast vorzugsweise kurz nach dem Ladungswechsel-Oberen-Totpunkt (LOT) eine Voreinspritzung ausgeführt und kurz vor einem Zünd-Oberen-Totpunkt (ZOT) eine oder mehrere Haupteinspritzung(en) ausgeführt. Bei Volllast wird vorzugsweise kurz nach dem Ladungswechsel-Oberer-Totpunkt (LOT) eine Einspritzung über die erste und zweite Spritzlochanordnung ausgeführt und kurz vor dem Zünd-Oberer-Totpunkt (ZOT) eine oder mehrere zusätzliche zündungsunterstützende Einspritzung(en) nur über die erste Spritzlochanordnung.According to a further preferred embodiment, the control unit of the internal combustion engine is configured to carry out a pilot injection and optionally one or more main injections both in partial load and in full load. In this case, a partial injection is preferably carried out shortly after the charge cycle top dead center (LOT), a pilot injection and executed shortly before an ignition top dead center (ZOT) one or more main injection (s). At full load is preferably shortly after the top charge top dead center (LOT) injection via the first and second spray hole arrangement executed and shortly before the ignition top dead center (ZOT) one or more additional ignition assisting injection (s) only via the first spray hole arrangement ,
Besonders bevorzugt erfolgt eine Mehrfacheinspritzung im Saughub und/oder im Kompressionshub.Particularly preferably, a multiple injection takes place in the suction stroke and / or in the compression stroke.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Injektors in einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Otto-Brennkraftmaschine. Vorzugsweise weist die Brennkraftmaschine dabei Einspritzdrücke von 200 bis 2000 × 105 Pa, insbesondere 300 bis 350 × 105 Pa, auf.Furthermore, the present invention relates to the use of the injector according to the invention in an internal combustion engine, in particular an Otto internal combustion engine. In this case, the internal combustion engine preferably has injection pressures of 200 to 2000 × 10 5 Pa, in particular 300 to 350 × 10 5 Pa.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines Injektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Detailvergrößerung,1 a schematic sectional view of an injector according to a first embodiment of the invention with an enlarged detail, -
2 eine schematische Schnittansicht einer Brennkraftmaschine mit dem Injektor von1 ,2 a schematic sectional view of an internal combustion engine with the injector of1 . -
3 eine schematische Teilschnittansicht der Brennkraftmaschine von2 , wobei ausschließlich eine erste Spritzlochanordnung freigegeben ist,3 a schematic partial sectional view of the internal combustion engine of2 , wherein only a first spray hole arrangement is released, -
4 eine Draufsicht auf das Spraybild des Injektors von3 bei ausschließlich geöffneter erster Spritzlochanordnung,4 a plan view of the spray image of the injector of3 with only opened first spray hole arrangement, -
5 eine Teilschnittansicht des Injektors von2 mit geöffneter erster und zweiter Spritzlochanordnung,5 a partial sectional view of the injector of2 with open first and second spray hole arrangement, -
6 eine Draufsicht des Spraybilds des Injektors von5 bei geöffneter erster und zweiter Spritzlochanordnung,6 a top view of the spray image of the injector of5 with open first and second spray hole arrangement, -
7 eine schematische Darstellung der Position der Spraykeulen im Brennraum in einem Abstand von 30 mm von einer äußersten Injektorspitze entsprechend der Linie VII-VII von2 ,7 a schematic representation of the position of the spray lobes in the combustion chamber at a distance of 30 mm from an outermost Injektorspitze according to the line VII-VII of2 . -
8 ein schematisches Diagramm, welches ein Brennverfahren der Brennkraftmaschine von2 bei Teillast mit der eingespritzten Kraftstoffmenge M über einem Kurbelwinkel K mit Fremdzündung zeigt,8th a schematic diagram showing a combustion method of the internal combustion engine of2 at partial load with the injected fuel quantity M over a crank angle K with spark ignition, -
9 ein schematisches Diagramm, welches ein Brennverfahren der Brennkraftmaschine von2 bei Volllast mit der eingespritzten Kraftstoffmenge M über einem Kurbelwinkel K mit Fremdzündung zeigt,9 a schematic diagram showing a combustion method of the internal combustion engine of2 at full load with the injected fuel quantity M over a crank angle K with spark ignition, -
10 eine schematisches Diagramm, welches ein HCCI-Brennverfahren bei Teillast zeigt,10 a schematic diagram showing a HCCI combustion method at partial load, -
11 eine schematisches Diagramm, welches ein HCCI-Brennverfahren bei Volllast zeigt,11 a schematic diagram showing a HCCI combustion process at full load, -
12 eine schematisches Diagramm, welches ein HCCI-Brennverfahren bei Teillast gemäß10 mit zusätzlicher Kompressionshubeinspritzung und Fremdzündung zeigt,12 a schematic diagram showing an HCCI combustion method at partial load according to10 with additional compression stroke injection and spark ignition, -
13 eine schematisches Diagramm, welches ein HCCI-Brennverfahren der Brennkraftmaschine gemäß11 mit zusätzlicher Kompressionshubeinspritzung und Fremdzündung zeigt,13 a schematic diagram showing an HCCI combustion method of the internal combustion engine according to11 with additional compression stroke injection and spark ignition, -
14 ein schematisches Diagramm, welches ein Brennverfahren mit Voreinspritzung und Haupteinspritzung bei Teillast mit Selbstzündung zeigt, und14 a schematic diagram showing a combustion method with pre-injection and main injection at partial load with auto-ignition, and -
15 ein schematisches Diagramm, welches ein Brennverfahren mit Voreinspritzung und Haupteinspritzung bei Volllast mit Selbstzündung zeigt.15 a schematic diagram showing a combustion method with pre-injection and main injection at full load with auto-ignition.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Der Injektor
Der erste Dichtsitz
Der Injektor
Wie aus
Wie weiter aus den
Wie weiter aus der Vergrößerung von
Hierdurch wird der Strömungsweg für den Kraftstoff zuerst nur zur ersten Spritzlochanordnung
Wie aus
Hierbei weist der Injektor
Wie weiter aus
Zur besseren Veranschaulichung der Spritzlochanordnungen sind die Schnitte in den
Durch die Ausbildung der ersten und zweiten Spritzlochanordnung
Wie in
Somit ergeben sich durch die Anordnung der Spritzlöcher zwei unabhängige Spritzlochkreise für die erste und zweite Spritzlochanordnung. Insbesondere kann auch verhindert werden, dass einzelne Spraykeulen auch bei Volllast, d.h. bei vollständig geöffnetem Injektor, interagieren.Thus, the arrangement of the spray holes two independent injection hole circles for the first and second spray hole arrangement. In particular, it can also be prevented that individual spray lobes are also at full load, i. with the injector fully open, interact.
Ein Durchfluss durch die Spritzlöcher
Somit kann in Lastabhängigkeit eine Steuereinheit die Brennkraftmaschine derart steuern, dass entweder nur die erste Spritzlochanordnung
Somit kann die vorliegende Erfindung das Problem lösen, dass ein Kompromiss hinsichtlich der Strahlauslegung des Injektors entweder zugunsten der Teillast oder zugunsten der Volllast notwendig ist. Durch die Möglichkeit der zweistufigen Einspritzung kann eine Spritzlochreihe für Teillasten und eine Spritzlochreihe für hohe Lasten bzw. Volllast ausgelegt werden.Thus, the present invention can solve the problem that a compromise is required on the jet design of the injector either in favor of the partial load or in favor of the full load. Due to the possibility of two-stage injection, a spray hole series for partial loads and a spray hole series for high loads or full load can be designed.
Durch die mögliche gestufte Einspritzung von Kraftstoff können nun unterschiedliche Brennverfahren mittels des erfindungsgemäßen Injektors realisiert werden.By the possible stepped injection of fuel, different combustion methods can now be realized by means of the injector according to the invention.
In einem bevorzugten weiteren Verfahren basierend auf
Im Unterschied dazu ist bei dem in
Die
Die
Die Einspritzmuster aus
In den
Die
Zu den
Ferner sei zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen angemerkt, dass Brennverfahren in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Injektor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2006/040283 A1 [0002]WO 2006/040283 A1 [0002]
- DE 102015223437 [0002]DE 102015223437 [0002]
- DE 102010063355 A1 [0002]DE 102010063355 A1 [0002]
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