DE4424117A1

DE4424117A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff

Info

Publication number: DE4424117A1
Application number: DE4424117A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Ottowitz; Bernd Dipl Ing Pfalzgraf
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1993-07-17
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1995-01-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ein spritzen von Kraftstoff in den Brennraum und/oder in den Einlaßkanal einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere bei gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit Kraft stoffeinspritzung ist es üblich, den Kraftstoffstrahl der Einspritzdü se so auszurichten, daß er im wesentlichen auf das Einlaßventil im Einlaßkanal der Brennkraftmaschine auftrifft. Abhänging von der Kon struktion der Brennkraftmaschine bzw. vom Verlauf des Einlaßkanales ist die Einspritzdüse dabei in einer definierten Winkelstellung aus gerichtet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit dem die Leistung, die Verbrennung und das Abgasver halten und/oder das Fahrverhalten der Brennkraftmaschine mit Hinblick auf die Kraftstoffzuführung optimierbar sind.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und hin sichtlich der Vorrichtung des Patentanspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Kraftstoffstrahl der Ein spritzdüse abhängig von motorspezifischen Daten geometrisch zu verän dern und somit bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Brenn kraftmaschine eine jeweils angepaßte optimale Kraftstoffzuführung sicherzustellen. Der Kraftstoffstrahl kann dabei auf unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten im Einlaßkanal, auf eine definierte La dungsschichtung, auf eine möglichst geringe Abgasemission, etc. ein gestellt werden, wobei diese Werte entweder empirisch, z. B. nach einem Kennfeld, oder regelungstechnisch durch ständiges Auswerten spezifischer Daten ermittelt werden.

Die geometrische Veränderung des Kraftstoffstrahles kann durch Maß nahmen innerhalb der verwendeten Einspritzdüse, z. B. einer elek trisch gesteuerten Mehrstrahleinspritzung, durch elektrostatische oder Ultraschall-Ablenkung, bevorzugt jedoch durch Verschwenken oder bei einer asymmetrisch (schräg zur Düsenlängsachse) abspritzenden Ein spritzdüse durch deren Verdrehung durchgeführt werden. Letztere Maß nahmen sind baulich unkomplizierter und ermöglichen die Verwendung herkömmlicher Einspritzdüsen.

Als motorspezifische Daten dienen bevorzugt die Temperatur, die Dreh zahl, die Last und ggf. die geforderte Beschleunigung (Öffnungsge schwindigkeit der willkürlich steuerbaren Drosselkappe) der Brenn kraftmaschine, wobei ggf. nach einem Kennfeld der Kraftstoffstrahl so verstellt wird, daß bei den entsprechenden unterschiedlichen Be triebszuständen optimierte Werte hinsichtlich der Abgasemissionen (insbesondere bei Warmlauf), der Leistung (bei Beschleunigung oder Volllast) und des Kraftstoffverbrauches (Ladungsschichtung in Teil last, optimierte Magerverbrennung, etc.) erzielt werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weite ren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer gemischver dichtenden Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zum Einspritzen des Kraftstoffes mittels einer verschwenkbaren Einspritzdüse;

Fig. 2 einen mit einer Kraftstoffverteilleiste einstückigen Schwenk hebel zur Halterung der Einspritzdüsen;

Fig. 3 eine weitere Vorrichtung mit einer verdrehbaren Einspritzdüse, mit asymmetrisch abspritzenden Kraftstoffstrahl.

Die Fig. 1 zeigt abschnittsweise einen Querschnitt durch eine ge mischverdichtende, mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 mit einem Zylindergehäuse 12, in dem je Zylinder ein Hubkolben 14 ver schiebbar geführt ist, und mit einem auf das Zylindergehäuse 12 auf gesetztem Zylinderkopf 16. Im Zylinderkopf 16 sind in bekannter Weise Einlaßkanäle 18, Einlaßventile 20 und nicht dargestellte Auslaßventi le als Gaswechselventile, sowie in den Brennraum 22 je Zylinder ra gende Zündkerzen 24 und eine nicht dargestellte Steuerung der Gas wechselventile vorgesehen. An die Einlaßkanäle 18 des Zylinderkopfes 16 ist ein Ansaugverteiler mit je Einlaßkanal 18 ausgeführten Saug rohren 26 angeschlossen.

Ferner ist im Zylinderkopf 16 je Einlaßkanal 18 eine stufenförmige Bohrung 28 vorgesehen, die in den Einlaßkanal 18 ausmündet und deren verlängerte Mittellängsachse etwa in Höhe des Brennraumes 22 die Mittelachse des Einlaßventiles 20 schneidet. In diese Bohrungen 28 ist je ein Einspritzventil 30 über eine wärmeisolierende Büchse 31 und eine gummielastische Ringdichtung 33 eingesetzt.

Die Einspritzventile 30 sind über Anschlußstutzen 32 mit einer rohr förmigen einstückigen Kraftstoffverteilerleiste 34 verbunden und werden von dieser mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffverteilerleiste 34 ist dabei in nicht dargestellter Weise beispielsweise über einen Kraftstoffschlauch an das entsprechende Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine angeschlossen. Zudem sind die elektromagnetisch betätigten Einspritzventile 30 an eine handelsübliche Kraftstoffzumeßeinrichtung mit elektronischem Steuergerät angeschlossen.

An die rohrförmig entlang den Einspritzventilen verlaufende Kraft stoffverteilerleiste 34 ist eine Konsole 36 angeformt, an der über ein Gestänge 38 ein elektrischer Stellmotor 40 angreift. Der Stellmo tor 40 ist mittels nicht dargestellter Schrauben am Ventildeckel 42 der Brennkraftmaschine 10 befestigt.

Desweitern ist an den beiden Enden der Kraftstoffverteilerleiste 34 je ein Schwenkhebel 44 angeformt, der über einen am Zylinderkopf 16 befestigten Bolzen 46 schwenkbar gehalten ist. Die Schwenkachse der so gebildeten, rahmenförmigen Kraftstoffverteilerleiste 34 mit Schwenkhebeln 44 über die Bolzen 46 liegt dabei in der Längsachse 48 der Einspritzdüsen 30 in Höhe der elastischen Dichtringe 33 (vgl. Fig. 1).

Die Einspritzdüse 30 ist in der Büchse 31 mit einem derartigen ring förmigen Freigang gehalten, daß sie um einen Schwenkwinkel von ca. 5° um die elastische Ringdichtung 33 schwenkbar ist, wobei die Schwenk barkeit über die Kraftstoffverteilerleiste 34 durch den Stellmotor 40 definiert ist.

Der Stellmotor 40 wird von einem Steuergerät 50 angesteuert, welches eine logische Verknüpfungsschaltung und eine Recheneinrichtung auf weist und nach Maßgabe der motorspezifischen Daten T für Temperatur, n für Drehzahl, α für Last und B für Beschleunigung der Brennkraftma schine die Verstellung der Einspritzdüsen 30 bzw. des abgespritzten Kraftstoffstrahles 52 steuert. Durch entsprechende Ansteuerung des Stellmotores 40 wird somit über das Gestänge 38 und die Konsole 36 die Kraftstoffverteilerleiste 34 und die damit verbundenen Einspritz düsen 30 um einen Schwenkwinkel β verschwenkt und damit der Kraft stoffstrahl 52 entweder auf den Abschnitt 54 des Lufteinlaßkanales 18, auf das Einlaßventil 20 im Bereich des Brennraumes 22 oder auf den strömungsäußeren Abschnitt 56 des Einlaßkanales 18 gerichtet.

Im Lufteinlaßkanal 18 kann wie in der Fig. 1 dargestellt ein elektri sches Heizelement 55 in Form einer strömungsgünstigen Platte vorgese hen sein, die an einem Zwischenflansch 57 gehalten und mit nicht dar gestellten elektrischen Anschlüssen versehen ist. Anstelle des Ab schnittes 54 des Lufteinlaßkanales 18 kann dann der Kraftstoffstrahl 52 auf das Heizelement 55 (wie dargestellt) gerichtet sein, solange die Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb einer definierten Temperaturschwelle liegt.

Die Steuerung oder Regelung der Veränderung des Kraftstoffstrahles 52 über das Steuergerät 50 und den Stellmotor 40 ist dabei so, daß z. B. bei kalter Brennkraftmaschine der Kraftstoffstrahl 52 auf das Heiz element 55 gerichtet ist, weil dieses ggf. schon vor dem Start der Brennkraftmaschine aktiviert sein kann und deshalb schnell erwärmt ist. Daraus resultiert eine bessere Homogenisierung des Kraftstoff- Luft-Gemisches und damit verbunden eine bessere Verbrennung und ge ringere schädliche Abgasemissionen. Mit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoffstrahl 52 dann auf das Einlaß ventil 20 und im Teil- oder Vollastbereich der Brennkraftmaschine zur Erzielung einer definierten Ladungsschichtung vermehrt auf den Kana labschnitt 56 durch entsprechendes Verschwenken der Einspritzdüse 30 gerichtet.

Die in der Fig. 3 dargestellte Vorrichtung ist nur soweit beschrie ben, als sie von der vorstehenden Ausführung baulich abweicht. Glei che Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Dabei ist je Zylinder der Brennkraftmaschine in die Bohrung 28 des Zylinderkopfes 16 über die Büchse 31 und die Ringdichtung 33 eine Einspritzdüse 30′ eingesetzt, die einen asymmetrisch um den Winkel γ zur Längsachse 48 der Einspritzdüse 30′ gerichteten Kraftstoffstrahl 52 abspritzt.

Die Einspritzdüse 30′ ist über die Ringdichtung 33 und über eine weitere Ringdichtung 35 am Anschlußstutzen 32′ zur Kraftstoffvertei lerleiste 34′ verdrehbar um ihre Längsachse 48 gehalten, wobei die Kraftstoffverteilerleiste 34′ über nicht dargestellte, angeformte Laschen am Zylinderkopf 16 befestigt ist.

Die Einspritzdüse 30′ weist einen radial abragenden Arm 58 auf, der über einen Bolzen 60 mit einem entlang den vorgesehenen Einspritzdü sen verlaufenden Gestänge 62 gelenkig verbunden ist.

Durch Verschieben des Gestänges 62 beispielsweise über den Stellmotor 40 (Fig. 1) können somit die Einspritzdüsen 30′ verdreht werden, wo bei der Kraftstoffstrahl 52 ebenfalls wie vorbeschrieben veränderbar ist.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele be schränkt. So kann beispielsweise anstelle eines elektrischen Stellmo tors auch ein hydraulischer oder ein pneumatischer Stellmotor verwen det sein, der an an der Brennkraftmaschine vorgesehenen Druck- oder Saugeinrichtungen angeschlossen ist. Das Steuergerät 50 könnte bei spielsweise ein entsprechend modifiziertes Motorsteuergerät sein, welches auch andere Funktionen der Brennkraftmaschine wie Kraftstoff zumessung und die Zündung steuert.

Claims

1. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum und/ oder in den Einlaßkanal einer Brennkraftmaschine mittels zumin dest einer Einspritzdüse mit einem definiert ausgerichteten Kraftstoffstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff strahl (52) abhängig von motorspezifischen Daten geometrisch verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein spritzwinkel des Kraftstoffstrahls verändert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse verschwenkt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine asymmetrisch abspritzende Einspritzdüse um ihre Längsach se verdreht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Kraftstoffstrahles (52) abhängig von der Temperatur T und/oder der Drehzahl n und/oder der Last α und/oder der Beschleunigung der Brennkraftmaschine verändert wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffstrahl (52) im Kaltfahrbetrieb der Brennkraftmaschine auf ein Heizelement (55) im Einlaßkanal (18) gerichtet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder meh reren der vorhergehenden Ansprüche an einer Brennkraftmaschine (10) mit zumindest einem Einlaßkanal (18), der von einem Einlaß ventil (20) gesteuert ist und in den der Kraftstoffstrahl (52) zumindest einer Einspritzdüse (30) gespritzt wird, wobei die Einspritzdüse (30) in eine Bohrung (28) im Einlaßkanal (18) dicht eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (30; 30′) verdreh- oder verschwenkbar angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (30) um ihre Abdichtstelle (33) in der Bohrung (28) verdrehbar oder verschwenkbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (30) über zumindest einen Stellmotor (40) elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellbar ist, wobei der Stellmotor (40) von einem motorspezifische Daten verarbeiten den Steuergerät (50) gesteuert ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Einspritzdüsen (30), die über eine gemeinsame Kraftstoffverteilerleiste (34) versorgt werden, die Kraftstoffverteilerleiste (34) mit den Einspritzdüsen (30) verschwenkbar ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffverteilerleiste (34) über Hebel (44) zu einem schwenk baren Rahmen ausgebildet ist, der in der Schwenkachse (46) der Einspritzdüsen (30) an der Brennkraftmaschine angelenkt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Stellmotor (40) an der Kraftstoffverteilerleiste (34) über ein Gestänge (38) angreift.