DE19802626C1

DE19802626C1 - Method of operating Diesel internal combustion engine

Info

Publication number: DE19802626C1
Application number: DE19802626A
Authority: DE
Inventors: Erwin Schmidt; Siegfried Dipl Ing Sumser
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-01-24
Filing date: 1998-01-24
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2018-01-25
Also published as: ITRM990045A1; FR2774126A1; IT1306585B1; GB2333560B; GB2333560A; GB9901148D0; FR2774126B1

Abstract

The method is for operating an engine with fuel injectors, inlet and outlet valves and a closure for blocking the exhaust during a power stroke, so that the compression phase includes fuel injection into a combustion chamber prior to ignition of the mixture. The method involves cooling of the injected nozzles of the injection valve in the power stroke of the engine and closing the inlet valve at an early time point of the compression phase in which a fuel-air mixture is not self igniting, followed by a fuel injection in the combustion chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmo tors mit Einspritzventilen, mit Einlaß- und Auslaßven tilen und mit einer Einrichtung zum Aufstauen des Ab gases für einen Bremsbetrieb nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, especially a diesel engine tors with injectors, with inlet and outlet valves til and with a device for damming the Ab gases for a braking operation according to that in the preamble Art defined by claim 1.

Die Praxis hat gezeigt, daß im Bremsbetrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotores, wobei ein Abgasstau durch eine Bremsstauklappe, eine Abgasturboladerturbine oder durch eine Verbindung bei der Teile mit einer hinter einer Abgasturboladerturbi ne angeordneten Bremsstauklappe erzeugt wird, Probleme bei den Düsen von Einspritzventilen auftreten. Die Einspritzdüsen, insbesondere die Düsenkuppen von Ein spritzventilen, zeigen häufig Überhitzungsschäden, verbunden mit Verkokungen, die von Kraftstoffrückstän den, insbesondere bei Sacklochdüsen im Totraum oder durch Nachtropfen von nicht vollständig schließenden oder unkontrolliert abhebenden Düsennadeln der Ein spritzdüsen, aus der unbefeuerten Motorbremsphase stammen.Practice has shown that in braking operation one Internal combustion engine, especially a diesel engine, an exhaust gas jam through a brake valve, a Exhaust gas turbocharger turbine or by a connection the parts with a behind an exhaust gas turbocharger turbo ne arranged brake damper is generated, problems occur at the nozzles of injection valves. The Injection nozzles, in particular the nozzle tips from Ein spray valves, often show overheating damage, associated with coking from fuel residues the, especially with blind hole nozzles in the dead space or by dripping from not completely closing or uncontrolled lifting of the needle spray nozzles, from the unfired engine braking phase come.

Da durch die hohen Anforderungen an eine Motorbrems leistung die Spaltquerschnitte von Bremsstauklappen sehr gering ausgelegt werden, sinkt der Motordurchsatz aufgrund der hohen Motorgegendrücke und dem damit ver ursachten niederen Liefergrad sehr stark ab. Dabei finden Rezirkulationen der aus einem Bremsventil in den Austrittskanal gepreßten heißen Luft zurück in die Zylinder statt. Dies bedeutet, die Öffnungen für die Rezirkulationsmenge können also einmal die Bremsven tilkanäle oder für die Hauptrezirkulationsmenge, die Austrittsventile selbst sein. Es ist nämlich nicht immer gewährleistet, daß die Austrittsventile nur im üblichen Ladungswechselvorgang öffnen. Durch Druckwel len ergeben sich häufig unkontrollierte Öffnungspha sen, wodurch eine Aufladung der Zylinder von der Aus laßseite her erfolgt, was mit starken Temperaturanhe bungen im Zylinderraum verbunden ist, welche die oben erwähnten Probleme mitverursachen.Because of the high demands on an engine brake performance the gap cross-sections of brake damper engine design is very low, the engine throughput drops due to the high engine back pressure and the ver caused very low levels of delivery. Here find recirculations in from a brake valve hot air pressed back into the outlet duct Cylinder instead. This means the openings for the The amount of recirculation can therefore once the braking veins tilkanäle or for the main recirculation amount that Outlet valves themselves. Because it is not always ensures that the outlet valves only in Open the usual charge exchange process. By Druckwel len often result in uncontrolled opening phases sen, thereby charging the cylinders from the off let side here, what with strong Temperaturhehe Exercises in the cylinder chamber is connected, which is the above cause problems mentioned.

Die Wirkung von Überhitzungen der Einspritzdüsen, ins besondere dessen Düsenkuppen, betrifft eine mechani sche Überlastung der Düsenlöcher aufgrund der mit der Temperatur abnehmenden Festigkeitswerte bzw. dauerhaf ten Werkstoffveränderungen des Düsenwerkstoffes. Die nachteilige Folge davon ist ein Ausfransen der Düsen löcher im normalen befeuerten Betrieb, was die Strahlausbreitung des eingespritzten Kraftstoffes in nachteiliger Weise sehr stark verstimmt bzw. verän dert. Auf diese Weise wird die Gemischbildung des Kraftstoffes deutlich verschlechtert, was zu erhebli chen Verbrauchs- und Emissionsnachteilen führt.The effect of injector overheating, ins especially its nozzle tips, concerns a mechani cal overload of the nozzle holes due to the Temperature decreasing strength values or permanent material changes in the nozzle material. The the disadvantageous consequence of this is fraying of the nozzles holes in normal fired operation what the Jet spread of injected fuel in disadvantageously very badly out of tune or change different. In this way, the mixture formation of the Fuel deteriorated significantly, which increased disadvantages in terms of consumption and emissions.

Eine Verkokung der Düsenlöcher hat ebenfalls eine deutlich nachteilige Wirkung auf die Funktionsfähig keit der Einspritzventile mit den gleichen daraus re sultierenden Folgen für die Verbrauchs- und Emissions werte. Durch eine Verkokung werden die Düsenlöcher teilweise oder sogar vollständig verstopft, was zu asymmetrischen Strahlbildern bei der Einspritzung von Kraftstoff und damit zu einer verschlechterten Ge mischbildung mit nachfolgender unvollständiger Ver brennung einzelner Strahlenkegel führen kann.Coking of the nozzle holes also has one clearly adverse effect on functionality speed of the injectors with the same ones resulting consequences for consumption and emissions values. Coking causes the nozzle holes partially or even completely clogged, causing too asymmetrical spray patterns when injecting Fuel and thus to a deteriorated ge mixed formation with subsequent incomplete ver can burn individual cones of rays.

Die vorstehend bei Bremssystemen mit Bremsstauklappen beschriebenen Probleme treten grundsätzlich auch bei höheren Bremsleistungen bei Bremssystemen auf, die einen "Bremsspalt" direkt vor dem Turbinenrad haben bzw. die verstellbare Leitgitter in der Abgasturbine aufweisen.The above for brake systems with brake flaps The problems described generally also occur higher braking performance in braking systems that have a "brake gap" directly in front of the turbine wheel or the adjustable guide grill in the exhaust gas turbine exhibit.

Man hat versucht die hohen Temperaturbelastungen an den Einspritzdüsen durch aufwendige Maßnahmen zu redu zieren, z. B. durch den Versuch die entstehende Wärme schneller abzuleiten, um die Temperaturspitzen zu sen ken. Neben den daraus resultierenden höheren Aufwen dungen war das Ergebnis daraus unzureichend.One tried the high temperature loads to reduce the injectors through complex measures adorn, e.g. B. by experiment the heat generated dissipate faster to lower the temperature peaks ken. In addition to the resulting higher expenses the result of this was insufficient.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem die Nachteile des Standes der Tech nik vermieden werden, insbesondere bei dem übermäßige Temperaturerhöhungen und Verkokungen der Einspritzdü sen vermieden werden. The present invention is therefore based on the object based on a method of the type mentioned at the beginning create the disadvantages of the state of the art nik be avoided, especially with the excessive Injection temperature increases and coking be avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.According to the invention, this task is characterized by the drawing part of claim 1 measures mentioned solved.

Mit dem erfindungsgemäßen Einspritzverfahren während der Bremsphase wird auf einfache Weise eine Kühlung und Verhinderung einer Verkokung der Einspritzdüsen erreicht. Dabei hat sich herausgestellt, daß bereits geringe Einspritzmengen während der Bremsphase die gewünschte Kühlwirkung der Düsen bewerkstelligen und damit eine hohe Bremsleistung von der Absicherung der Düsenseite her unterstützen. Bei der Erfindung nützen die Erfinder den bei der Verdampfung des Kraftstoffs entstehenden Kühleffekt für die Kühlung der Einspritz düsen aus. Erfindungsgemäß wird man deshalb auch eine Einspritzung in einem möglichst frühen Zeitpunkt vor nehmen, insbesondere zu einem Zeitpunkt, in welchem noch keine spürbare Komprimierung im Kolbenraum statt gefunden hat, so daß die Kühlwirkung durch den einge spritzten Kraftstoff möglichst lange ausgenutzt werden kann, bevor es eventuell bei entsprechender Kompressi on, insbesondere bei einem Dieselmotor, zu einer Zün dung kommen kann.With the injection method according to the invention during the braking phase is cooling in a simple manner and prevention of coking of the injectors reached. It turned out that already low injection quantities during the braking phase achieve the desired cooling effect of the nozzles and thus a high braking performance from securing the Support the nozzle side. Benefit from the invention the inventors in the evaporation of the fuel emerging cooling effect for cooling the injection jet out. According to the invention, therefore, one becomes one Injection before as early as possible take, especially at a time when there is still no noticeable compression in the piston chamber has found, so that the cooling effect through the sprayed fuel can be used as long as possible can, before possibly with appropriate compression on, especially with a diesel engine, to a ignition dung can come.

Vorzugsweise wird man die Einspritzung kurz nach Schließen des dazugehörigen Einlaßventiles vornehmen.The injection is preferably done shortly after Close the associated inlet valve.

Da der Luftdurchsatz durch den Motor bei konventionel len Bremsstauklappen sehr gering ist, ergeben sich schon bei geringen eingespritzten Kraftstoffmengen zündfähige Gemische. Dabei läßt sich der Verbrennungs schwerpunkt durch eine vorgezogene Früheinspritzung vor den oberen Totpunkt OT legen, mit der zusätzlichen Wirkung eines direkten Verbrennungs-Bremsmomentes auf die Kurbelwelle. Eine Verbrennung während des dauernd geöffneten und für den Bremsbetrieb vorgesehenen Ven tiles, nämlich dem Bremsventil, das als Konstantdros sel oder als getaktetes Bremsventil ausgebildet sein kann, wird durch die hohe Turbulenz der Strömung in dem Brennraum, durch das Abströmen und die Rezirkula tion der heißen Abgase über das Bremsventil oder gege benenfalls auch über das oder die Auslaßventile, wäh rend der Bremsphase in vorteilhafter Weise unter stützt. Als Bremsventil kann gegebenenfalls auch ein Auslaßventil verwendet werden, das entsprechend ge steuert wird.Because the air flow through the engine at conventional len brake damper is very low, result even with small amounts of fuel injected flammable mixtures. This allows the combustion focus through early injection before top dead center OT, with the additional one Effect of a direct combustion braking torque on the crankshaft. A burn during the ongoing open Ven intended for braking operation tiles, namely the brake valve, which is called Constantdros sel or be designed as a clocked brake valve can, is due to the high turbulence of the flow in the combustion chamber, through the outflow and the recircula tion of the hot exhaust gases via the brake valve or counter if necessary also via the exhaust valve or valves, wäh rend the braking phase in an advantageous manner supports. If necessary, a can also be used as a brake valve Exhaust valve are used, the corresponding ge is controlled.

In der DE 44 25 956 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors beschrieben, wobei im Bremsbetrieb des Dieselmotors in der Kompressionsphase in einem Bereich wenigstens 20° Kurbelwinkel vor dem Erreichen des oberen Totpunktes (OT) eine Kraftstoffeinspritzung mit einer Selbstzündung des Kraftstoff/Luft-Gemisches erfolgt, aber diese Maßnahme erfolgte zur Verstärkung der Motorbremsleistung. Eine Kühlung von Einspritzdü sen und die Verhinderung einer Verkokung ist dabei weder vorgesehen noch könnte diese mit einer zufrie denstellenden Wirkung erfolgen.DE 44 25 956 A1 describes a method for operating a diesel engine described, being in braking mode of the diesel engine in the compression phase in one Range at least 20 ° crank angle before reaching top dead center (TDC) fuel injection with auto-ignition of the fuel / air mixture done, but this measure was done for reinforcement the engine braking power. Cooling of injection nozzle sen and the prevention of coking is included neither provided nor could this be satisfied effect.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung läßt sich dieses bekannte Verfahren jedoch in überra schender Weise mit der vorliegenden Erfindung kombi nieren und zwar dergestalt, daß nach der sehr frühzei tig durchgeführten Einspritzung des Kraftstoffes zur Kühlung der Einspritzdüsen zu einem späteren Zeit punkt, z. B. in einem Bereich wenigstens 20° Kurbelwin kel vor dem Erreichen des oberen Totpunktes oder auch noch später, eine Zündung des Kraftstoff/Luft-Ge misches durchgeführt wird.In an advantageous development of the invention However, this known method can be supra combinable with the present invention kidneys in such a way that after the very early days Injection of fuel carried out Cooling the injectors at a later time point, e.g. B. in a range at least 20 ° crank winch kel before reaching top dead center or else later, an ignition of the fuel / air Ge mixing is carried out.

Der Einspritzbeginn zur Kühlung der Einspritzdüsen kann z. B. bereits 100° oder sogar schon 150° vor OT erfolgen, d. h. kurz nachdem das zugehörige Einlaßven til schließt. Durch diese Maßnahme läßt sich eine op timale Kühlung der Einspritzdüsen erreichen. Dies läßt sich bereits mit geringen Einspritzmengen mit einem ausreichend guten Wirkungsgrad durchführen. Gegebenen falls ist es auch nicht erforderlich bei jedem Takt Kraftstoff einzuspritzen, sondern nur bei jedem zwei ten oder dritten Takt.The start of injection for cooling the injection nozzles can e.g. B. already 100 ° or even 150 ° before TDC done, d. H. shortly after the associated inlet valve Til closes. This measure allows an op achieve optimal cooling of the injection nozzles. This leaves even with small injection quantities perform sufficiently good efficiency. Given if not, it is not necessary for every bar Inject fuel, but only every two th or third bar.

In bestimmten Fällen ist es auch nicht ausgeschlossen, daß eine Einspritzung von Kraftstoff nach dem oberen Totpunkt in einer alternativen Weise oder zusätzlich zu der frühen Einspritzung in verschiedenen Fällen noch Vorteile bringen könnte. So könnte, da in der Expansionsphase ein Großteil der Luft schon aus dem Zylinder bzw. dem Kolbenraum über das Bremsventil ge strömt ist, eine Kraftstoff/Luftverhältnisanpassung zu geringsten Einspritzmengen erfolgen, bei denen ein Abbrennen von Kraftstoff noch aufrecht zu erhalten ist. Diese Maßnahme könnte bei sogenannten Turbobrems systemen, bei denen die Abgasturbine für einen Motor bremsbetrieb mit herangezogen wird, zur Verbesserung des Turboladeransprechverhaltens genutzt werden.In certain cases, it is not excluded that an injection of fuel after the top Dead center in an alternative way or in addition to early injection in different cases could still bring advantages. So there in the Expansion phase a large part of the air already from the Cylinder or the piston chamber ge via the brake valve flows, an air / fuel ratio adjustment lowest injection quantities take place at which a Burning fuel still maintain is. This measure could apply to so-called turbo brakes systems in which the exhaust gas turbine for an engine brake operation is used to improve of the turbocharger response behavior can be used.

Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzverfah ren während der Motorbremsphase läßt sich auch in vor teilhafter Weise eine Neugestaltung der übrigen für den Motorbremsbetrieb vorgesehenen Komponenten errei chen. So könnte z. B. der Querschnitt der Bremsstau klappe vergrößert werden, wodurch die Sensitivität dieser Komponente verringert wird, mit einer daraus resultierenden Steigerung der Luftdurchsatzmenge.By the fuel injection method according to the invention ren during the engine braking phase can also in front partial redesign of the rest for components provided for engine braking chen. For example, B. the cross section of the brake jam flap can be enlarged, increasing the sensitivity this component is reduced, with one of them resulting increase in air flow rate.

Claims

1. A method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with injection valves, with intake and exhaust valves and with a device for piling up the exhaust gas for a braking operation, wherein in the compression phase a fuel injection into a piston chamber and an ignition of the fuel / air Mixture he follows, after which the resulting exhaust gas is then discharged through an exhaust valve, and a brake valve provided for braking operation is opened in the braking mode, characterized in that, for cooling injection nozzles, the injection valves le in braking mode of the internal combustion engine after the one or more inlet valves have been closed at such an early point in the compression phase, in which a fuel / air mixture is not yet ignitable, fuel is injected into the combustion chamber.

2. The method according to claim 1, characterized in that shortly after the intake valve (s) close the crank angle range before 60 ° TDC fabric injection takes place.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the valve intended for braking operation as Constant throttle is formed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that ignition of the injected fuel / air Mixture takes place.

5. The method according to claim 4, characterized in that in a range of at least 20 ° crank angle when the TDC reaches an ignition of the injected fuel / air mixture.