DE4025542A1 - Verfahren zum betreiben einer selbstzuendenden brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Entwicklung bei Einspritzsystemen für eine selbstzün­ dende Brennkraftmaschine wendet sich mehr und mehr insbe­ sondere von der Einstrahleinspritzung ab, bei der der einem Arbeitstakt zugemessene Kraftstoff über ein einziges Spritzloch in dem Einspritzventil in den Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Ande­ rerseits scheint die Kraftstoffverbrennung mit wenigen Zündherden und kontinuierlicher Ausbreitung der Verbren­ nungsherde ruhiger und leiser zu verlaufen als die Kraft­ stoffverbrennung mit vielen Zündbereichen bzw. Zündherden. Aktuell sind Zentralbrennräume mit mehreren Kraftstoff­ strahlen mit oder ohne Drall der separat zugeführten Ver­ brennungsluft. Die zuvor dargelegten Erkenntnisse zu den Zündherden werden auch durch die sogenannte Voreinsprit­ zung bekräftigt. Dabei wird eine Teilmenge des Kraftstof­ fes frühzeitig in den Brennraum und zur Entzündung ge­ bracht, was beispielsweise durch ein zweites Einspritz­ system, spezielle Nockenformen der Einspritzpumpe, die eine zweimalige Kraftstoffeinspritzung bewirken, oder durch Plungerschliffe erreicht. Der Einsatz eines zweiten Einspritzsystems ist sehr materialaufwendig (hohe Kosten) und bewirkt fortlaufende Wartungs- und Instandhaltungsar­ beiten. Die entsprechenden Nockenformen sind schwer zu re­ alisieren und benötigen einen hohen Entwicklungsaufwand, um ein brauchbares Einspritzverhalten bei einem akzeptab­ len Verschleißverhalten (minimale Schmierfilmdicke) zu er­ halten. Änderungen an den Plungern durch Plungerschliffe erfordern in der Regel den Einsatz von einspritzmengenmä­ ßig größeren Einspritzpumpen, da die zwischen Vor- und Haupteinspritzung geförderte Kraftstoffmenge durch die Plungerschliffe abgesteuert wird und somit nicht mehr zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine an­ zugeben, das die zuvor erwähnten Nachteile bei einem mög­ lichst einfachen Aufbau eines entsprechenden Einspritz­ systems vermeidet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einer der durch die Spritzlöcher des Einspritzventils geleiteten Kraftstoff­ strahlen als Zündstrahl zeitlich vor den weiteren durch die restlichen Spritzlöcher geleiteten Kraftstoffstrahlen dadurch gefördert wird, daß das Zündstrahlspritzloch geo­ metrisch unterschiedlich zu den übrigen Spritzlöchern aus­ gebildet ist. Die erfindungsgemäße Lösung besteht also in einem Düsenzustand, den man nach konventionellen Gesichts­ punkten als fehlerhaft bezeichnen würde. Durch die unter­ schiedliche geometrische Ausbildung und/oder räumliche An­ ordnung eines der Spritzlöcher gegenüber den restlichen läßt sich eine unterschiedliche Strahlausbreitung (Ge­ schwindigkeit, Menge) und/oder Strahlaufbereitung (Tröpf­ chenverteilung, Strahlwinkel etc.) erreichen, ohne daß das Grundprinzip an der Erhebungskurve der Düsennadel verän­ dert wird. Folglich sind keine aufwendigen Neugestaltungen des kompletten Einspritzsystems (Einspritzpumpe, Ein­ spritzpumpennocken oder Plunger) erforderlich, vielmehr wird ein Spritzloch des Einspritzventils, das mindestens ein Zweiloch-Einspritzventil, vorzugsweise aber ein Viel­ loch-Einspritzventil (4-, 5- oder Mehrloch) ist, gezielt anders ausgeführt als die üblichen, nach heutigen Gesichtspunkten für eine ordnungsgemäße Verbrennung verwendeten Spritzlö­ cher.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Bohrungsdurchmesser des Zündstrahlspritzloches größer oder kleiner bemessen als die übrigen Spritzlöcher. Die in Wei­ terbildung der Erfindung vorgesehene Verkürzung der Boh­ rungslänge des Zündstrahlspritzloches gegenüber den übri­ gen Spritzlöchern kann durch exzentrische Anordnung der Sacklochbohrung und der Zentralbohrung in Bezug auf die Düsenkörperspitze oder alternativ oder in Ergänzung durch einen Anschliff der zu dem Brennraum der Brennkraftmaschi­ ne weisenden Düsenkörperspitze erfolgen. Weiterhin kann der Düseneinlauf der Bohrung des Zündstrahlspritzloches durch eine scharfkantige oder abgerundete Ausbildung für einen beschleunigten Eintritt des Kraftstoffs ausgebildet sein. Alternativ oder additiv kann die Oberfläche der Boh­ rung des Zündstrahlspritzloches eine strömungsgeschwindig­ keitserhöhende Oberflächengestaltung aufweisen. Beispiels­ weise eignet sich zum Abrunden des Düseneinlaufs und ggfs. zur Oberflächengestaltung ein hydraulischer Leppvorgang bzw. ein Strömungsleppen. Weiterhin ist vorgesehen, den Düseneinlauf der Bohrung des Zündstrahlspritzloches in einem zu den übrigen Spritzlöchern unterschiedlich gele­ genen axialen Umfangsbereich in die Sacklochbohrung oder in den Verbindungsbereich zu der Zentralbohrung einmünden zu lassen. Hierbei soll ausgenutzt werden, daß bei Öffnen der Ventilnadel die Kraftstoffdruckwelle früher als bei den übrigen Spritzlöchern in das Zündstrahlspritzloch ein­ dringt und somit der Kraftstoff dieses als erstes durch­ strömt.

Im übrigen sind alle Weiterbildungen sinnvoll miteinander beziehungsweise additiv zueinander kombinierbar.

Im folgenden wird die Erfindung von den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben: Es zeigen:

Fig. 1 Ein Einspritzventil, bei der das Zündstrahlspritz­ loch einen kleineren Bohrungsdurchmesser als die übrigen Spritzlöcher aufweist,

Fig. 2 ein Einspritzventil mit gekürztem Zündstrahlspritz­ loch,

Fig. 3 ein Einspritzventil, bei der das Zündstrahlspritz­ loch einen gerundeten Einlauf aufweist und

Fig. 4 ein Einspritzventil, bei der das Zündstrahlspritz­ loch in einen zu den übrigen Spritzlöchern unter­ schiedlich gelegenen axialen Umfangsgbereich in die Sacklochbohrung oder in den Verbindungsbereich zu der Zentralbohrung einmündet.

Die in den Figuren dargestellte Düsenspitze eines Ein­ spritzventils weist einen Düsenkörper 1 auf, in den eine Zentralbohrung 2 eingearbeitet ist. In die Zentralbohrung 2 ist bewegbar eine Düsennadel 3 angeordnet. Die Düsenna­ del 3 weist eine Nadelspitze 4 auf, die mit ihrer Spitze in eine in axiale Verlängerung der Zentralbohrung 2 ange­ ordnete Sacklochbohrung 5 hineinragt. Die Nadelspitze 4 steuert mit einer Sitzfläche 6, die mit einer entsprechen­ den Anlagefläche 7 des Düsenkörpers zusammenwirkt, die Verbindung zwischen einer Kraftstoffzufuhrleitung 8 und der Sacklochbohrung 5. Die Kraftstoffzufuhrleitung 8 ist im dargestellten Bereich des Einspritzventils als Erwei­ terung der Zentralbohrung 2 ausgebildet, verläuft aber im weiteren Düsenkörper als separate Bohrung und die Zentral­ bohrung 2 umschließt die Düsennadel zu deren Führung.

Die die Sacklochbohrung 5 umschließende Düsenkörperspitze 9 weist eine Anzahl von Spritzlöchern 10, 11 auf, die die Sacklochbohrung 5 mit der Umgebung verbinden. Dabei weist das Einspritzventil mindestens zwei, vornehmlich aber vier oder fünf Spritzlöcher 10, 11 auf, die über den Umfang der Düsenkörperspitze 9 verteilt angeordnet sind. Erfindungs­ gemäß ist ein Spritzloch 10 als Zündstrahlspritzloch 10a, 10b, 10c, 10d geometrisch und/oder bezüglich seiner räum­ lichen Anordnung anders als die übrigen Spritzlöcher 11 ausgebildet. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Zündstrahlspritzloch 10a mit einem kleineren Durchmesser als das Spritzloch 11 ausgebildet, während in Fig. 2 die Boh­ rungslänge des Zündstrahlspritzloches 10b durch Anschliff der Düsenkörperspitze 9 kürzer als das Spritzloch 11 aus­ gebildet ist.

In Fig. 3 ist der Düseneinlauf 12 in die Bohrung des Zünd­ strahlspritzloches 10c abgerundet ausgebildet und zudem die Oberfläche der Bohrung gezielt aufgeraut.

Der Düseneinlauf 12 der Bohrung des Zündstrahlspritzloches 10d gemäß Fig. 4 mündet in einem zu den übrigen Spritzlö­ chern 11 unterschiedlich gelegenen axialen Umfangsbereich in die Sacklochbohrung 5 oder in den Verbindungsbereich zu der Zentralbohrung 2. Alle Zündstrahlspritzlöcher 10a, 10b, 10c, 10d sind so ausgebildet, daß der durch sie ge­ förderte Kraftstoff zeitlich früher als bei dem Spritzloch 11 austritt, und dementsprechend eine Teilmenge des Kraft­ stoffs frühzeitig in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht und entzündet wird. Dadurch ergibt sich insge­ samt eine Verbesserung der Verbrennung, die sich unter an­ derem in einer Verringerung des Verbrennungsgeräusches, einer Verringerung der Abgasemissionen und einer Verringe­ rung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs äußern kann.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, die eine Einspritzpumpe und zumindest ein Einspritzventil aufweist, das mit der Einspritzpumpe über eine Kraftstoffhochdruckleitung verbunden ist, wobei das Einspritzventil aus einem Düsenkörper (1) und einer in einer in den Düsenkörper (1) eingearbeiteten Zentralboh­ rung (2) bewegbaren Düsennadel (3) aufgebaut ist, wobei die Düsennadel (3) eine Nadelspitze (4) aufweist, die die Verbindung einer Sacklochbohrung (5) in axialer Verlänge­ rung der Zentralbohrung (2) zu einer Kraftstoffzufuhrlei­ tung (8) in dem Düsenkörper (1) beherrscht und wobei bei geöffneter Verbindung Kraftstoff von der Sacklochbohrung (5) durch Spritzlöcher (10, 11) in der Düsenkörperspitze (9) in den Brennraum der Brennkraftmaschine geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer der durch die Spritzlö­ cher (10, 11) geleiteten Kraftstoffstrahlen als Zündstrahl zeitlich vor den weiteren durch die restlichen Spritzlö­ cher (10, 11) geleiteten Kraftstoffstrahlen dadurch geför­ dert wird, daß das Zündstrahlspritzloch (10a, 10b, 10c, 10d) geometrisch und/oder bezüglich seiner räumlichen An­ ordnung unterschiedlich zu den übrigen Spritzlöchern (11) ausgebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungsdurchmesser des Zündstrahlspritzloches (10a) größer oder kleiner als die übrigen Spritzlöcher (11) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungslänge des Zünd­ strahlspritzloches (10b) kürzer als die übrigen Spritzlö­ cher (11) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseneinlauf (12) der Boh­ rung des Zündstrahlspritzloches (10c) durch eine scharf­ kantige oder abgerundete Ausbildung für einen beschleunig­ ten Eintritt des Kraftstoffs ausgebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Bohrung des Zündstrahlspritzloches (10c) eine strömungsgeschwindig­ keitserhöhende Oberflächengestaltung aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseneinlauf (12) der Boh­ rung des Zündstrahlspritzloches (10d) in einem zu den übrigen Spritzlöchern unterschiedlich gelegenen axialen Umfangsbereich in die Sacklochbohrung (5) oder in den Ver­ bindungsbereich zu der Zentralbohrung (2) einmündet.