DE19639172A1 - Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren für eine Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren für eine DieselbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Direkteinspritzver
fahren für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbe
griff von Patenanspruch 1.
Die US-PS 2,356,627 beschreibt ein derartiges Verfahren, bei
dem eine lastabhängig vorgegebene Kraftstoffmenge unterteilt
in eine Vor- und Haupteinspritzung in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine eingebracht wird. Der Beginn der Vorein
spritzung erfolgt dabei etwa 14° Kurbelwinkel vor dem Oberen
Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) und dauert ungefähr bis 10°
vor Zünd-OT. Nach einer Pause von ca. 9°-10° Kurbelwinkel
beginnt ca. 1° vor Zünd-OT schließlich die Haupteinspritzung.
Die Voreinspritzmenge kann kleiner, gleich oder auch größer
als die Haupteinspritzmenge sein. Die Voreinspritzmenge und
der Abstand zwischen dem Ende der Voreinspritzung und dem Be
ginn der Haupteinspritzung ist dabei so gewählt, daß der
Haupteinspritzstrahl im Brennraum noch eine offene Flamme von
der Voreinspritzmenge, die gerade umgesetzt wird, vorfindet.
Dieses bekannte Verfahren der Kraftstoffeinspritzung vermin
dert zwar den Druckgradienten beim Verbrennen der Hauptein
spritzmenge und damit auch das Verbrennungsgeräusch, jedoch
kommt es infolge der offenen Flamme im Brennraum sehr leicht
zum Cracken einzelner mit der Haupteinspritzmenge eingebrach
ter Kraftstoffmoleküle. Damit ist eine erhöhte Rußemission
gegeben, so daß eine fest vorgegebene Schwärzungszahl schon
bei einem relativ niederen effektiven Mitteldruck erreicht
wird, was letztlich zu Lasten der Brennkraftmaschinenleistung
geht.
Diese genannten Nachteile treten unter Beibehaltung der ge
nannten Winkelmarken für die Vor- und Haupteinspritzung in
verstärktem Maße in höheren Drehzahlbereichen auf, denn mit
steigender Drehzahl sinkt die für die Gemischaufbereitung zur
Verfügung stehende Zeit, so daß die Verbrennung, insbesondere
die Verbrennung der Haupteinspritzmenge sehr weit in den Ex
pansionstakt verschoben wird, was zu erheblichen Wirkungs
gradverlusten und damit zu erhöhtem spezifischen Kraftstoff
verbrauch führt.
Aus der DE 37 35 169 C2 ist ebenfalls ein Verfahren zur
Kraftstoff-Direkteinspritzung für eine Dieselbrennkraftma
schine bekannt, bei dem eine vorgegebene Kraftstoffmenge in
zwei voneinander abgesetzten Einspritzungen als Vor- und
Haupteinspritzmenge während der Verdichtungsphase mit unter
schiedlichen Abständen vom oberen Totpunkt in einen Brennraum
eingebracht wird. Die Voreinspritzung erfolgt im letzten
Sechstel der Verdichtungsphase mit einer im Verhältnis zur
Haupteinspritzmenge geringeren Voreinspritzmenge. Anschlie
ßend beginnt mit geringem Abstand auf das Voreinspritzende
die Haupteinspritzung. Diese erfolgt bei demjenigen Kurbel
winkel, bei welchem die gesamte Voreinspritzmenge an Kraft
stoff vollständig umgesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach dem Ober
begriff des Hauptanspruches beschriebenes Kraftstoffein
spritzverfahren anzugeben, das einen möglichst guten Druck- und
Verbrennungsablauf im Zylinder gewährleistet und damit
die Stickoxid- und Geräuschemissionen verringert sind.
Außerdem soll mit dem Verfahren eine Verringerung der Schwär
zungszahl erzielt und Voraussetzungen für eine vorteilhafte
Abgasnachbehandlung geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1
gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbil
dungen dieses Verfahrens.
Durch Aufteilen der Kraftstoffeinspritzung in mehrere, in ih
rer Dauer und/oder Intensität unterschiedliche Phasen wird
ein optimaler Verbrennungsablauf erzielt.
Das Verfahren wird im folgenden anhand der einzigen Zeich
nungsfigur in Form eines Impulsdiagrammes näher beschrieben.
Auf der Abszisse 1 ist die Drehung der Kurbelwelle einer nach
dem Direkteinspritzverfahren arbeitenden Dieselbrennkraftma
schine in °Kurbelwinkel (°KW) aufgetragen. Mit dem Bezugszei
chen 1 auf der Ordinate 2 sind die Ansteuerimpulse für die
Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine bezeichnet.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel teilt sich die Kraft
stoffeinspritzung in drei Phasen auf. Die erste Phase besteht
aus einem einzelnen kurzen Einspritzimpuls. Danach folgt ei
ne, bezogen auf die erste Phase länger dauernde Einspritzpha
se (2. Phase), die aus einem größeren oder wie dargestellt,
aus mehreren Einspritzimpulsen (n-Impulse, n 1) besteht. An
schließend erstreckt sich eine dritte Phase, die wie die
zweite Phase ebenfalls aus einem oder mehreren Einspritzim
pulsen (m-Impulse, m 1) besteht. Der obere Totpunkt bei Zün
dung ist auf der Abszisse mit Zünd-OT bezeichnet.
Der Beginn der ersten Einspritzphase liegt je nach Lastpunkt
der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen 5°KW und 40°KW vor
Zünd-OT. Die Lage dieses Einspritzbeginns ist im Diagramm mit
α1 bezeichnet. Die Differenz zwischen dem Ende der ersten
Phase und dem Beginn der zweiten Phase kann sich im Bereich
von 40°KW bis 0°KW erstrecken, d. h. die beiden Phasen können
ineinanderlaufen. Die erste Phase der Einspritzung dient da
zu, einen möglichst guten Druckverlauf bzw. Verbrennungsver
lauf im Zylinder der Brennkraftmaschine zu erhalten und damit
die Stickoxid- und die Geräuschemissionen zu verringern.
Der Beginn der zweiten Einspritzphase liegt je nach Lastpunkt
der Brennkraftmaschine zwischen 5°KW nach Zünd-OT bis 15°KW
vor Zünd-OT. Die Lage des Einspritzbeginns ist im Diagramm
mit α2 bezeichnet. Die maximale Frequenz der auftretenden
Einspritzimpulse (n-Impulse) in der zweiten Phase ist durch
die Ansteuerung der Injektoren, also der Einspritzdüsen be
grenzt. Die Aufteilung der zweiten Phase in mehrere Ein
spritzphasen mit hohem Einspritzdruck hat eine gute Kraft
stoffaufbereitung zur Folge. Dies bedeutet eine Verringerung
der Schwärzungszahl.
Der Beginn der dritten Phase (m-Impulse) liegt im Bereich von
5°KW bis 330°KW nach Zünd-OT und ist im wesentlichen für eine
Abgasnachbehandlung mit Katalysatoren vorteilhaft. Die damit
erzeugten Kohlenwasserstoffe dienen im Katalysator als Re
duktionsmittel und gleichzeitig wird die Abgastemperatur er
höht. Die Lage des Einspritzbeginns der dritten Phase ist im
Diagramm mit α3 bezeichnet.
Die bei einer ausgewählten Brennkraftmaschine eingespritzten
Kraftstoffmengen bei der ersten bzw. dritten Phase liegen
beispielsweise bei 0,5 bis 15 mg/Hub. Dies entspricht je nach
Lastpunkt der Brennkraftmaschine 1 bis 20% der eingespritzten
Kraftstoffmenge während der zweiten Phase.
Claims (10)
1. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren für eine Dieselbrenn
kraftmaschine, bei dem eine lastabhängig vorgegebene Kraft
stoffmenge mittels einer Einspritzvorrichtung in zwei Ab
schnitte aufgeteilt mit unterschiedlichen Abständen zum Obe
ren Totpunkt bei Zündung und mit unterschiedlichen Kraft
stoffmengen in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einge
bracht wird und die während des ersten Abschnittes einge
spritzte Kraftstoffmenge gegenüber der während des zweiten
Abschnittes eingespritzte Kraftstoffinenge relativ klein ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die während des zweiten Abschnittes einzubringende Kraft
stoffmenge in mindestens zwei Phasen (2. Phase, 3. Phase) auf
geteilt ist, von denen jede aus mindestens einem Einspritzim
puls (n, m) besteht.
2. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die 2. Phase aus einer Mehrzahl (n)
von Einspritzimpulsen besteht, die gleiche Impulsdauern auf
weisen.
3. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die 2. Phase aus einer Mehrzahl (n)
von Einspritzimpulsen besteht, die unterschiedliche Impuls
dauern aufweisen.
4. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die 3. Phase aus einer Mehrzahl (m)
von Einspritzimpulsen besteht, die gleiche Impulsdauern auf
weisen.
5. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die 3. Phase aus einer Mehrzahl (m)
von Einspritzimpulsen besteht, die unterschiedliche Impuls
dauern aufweisen.
6. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impuls
dauer der Einspritzimpulse der 2. Phase größer ist als die Im
pulsdauer der Einspritzimpulse der 3. Phase.
7. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Beginn der Einspritzung für den
ersten Abschnitt (1. Phase) abhängig von der Last der Brenn
kraftmaschine im Bereich zwischen 5°KW und 40°KW vor dem Obe
ren Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.
8. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Ende der
1. Phase und dem Beginn der 2. Phase im Bereich zwischen 40°KW
und 0°KW vor dem Oberen Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.
9. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet daß der Beginn der Einspritzung für die
2. Phase abhängig von der Last der Brennkraftmaschine im Be
reich zwischen 5°KW nach und bis 15°KW vor dem Oberen Tot
punkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.
10. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Beginn der Einspritzung für die
3. Phase abhängig von der Last der Brennkraftmaschine im Be
reich zwischen 5°KW und bis 330°KW nach dem Oberen Totpunkt
bei Zündung (Zünd-OT) liegt.
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DE19639172A DE19639172C2 (de) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren für eine Dieselbrennkraftmaschine |
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