DE60216437T2

DE60216437T2 - Dieselmotoremissionsverminderung durch mehrfacheinspritzung mit zunehmendem druck

Info

Publication number: DE60216437T2
Application number: DE60216437T
Authority: DE
Inventors: D. Rolf Madison REITZ; P. Matthew Madison THIEL
Original assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Current assignee: Wisconsin Alumni Research Foundation
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: ES2278048T3; US6526939B2; EP1381767A1; DE60216437D1; EP1381767B1; US20020157637A1; ATE347027T1; WO2002088535A1

Description

Diese Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung der Vereinigten Staaten, gewährt durch folgende Geschäftsstellen, gemacht: Department of Energy, Grant No. DOE DE-FG04-2000AL66549 (DOE Docket Nr. S-96,563).
Gebiet der Erfindung
Die Offenbarung betrifft eine Erfindung, die sich im Allgemeinen auf Verfahren und Vorrichtungen zur Reduktion der Emissionen von Verbrennungsmotoren bezieht und sich insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Reduktion von Partikel- und NO_X-Emissionen von Dieselmotoren bezieht.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Schadstoffe, die bei der Verwendung von Verbrennungsmotoren auftreten, sind Stickoxide (üblicherweise als NO_X bezeichnet) und Partikeln (auch bekannt als einfach „Ruß"): NO_X ist im Allgemeinen mit Hochtemperaturmotorenbedingungen verbunden und kann durch Maßnahmen, wie Abgasrezirkulation (EGR) reduziert werden, bei der die vom Motor aufgenommene Luft mit relativ inertem Abgas (im Allgemeinen nach Abkühlen des Abgases) verdünnt wird. Dies reduziert den Sauerstoff in der Flammenwand und erzielt eine Reduktion in der maximalen Verbrennungstemperatur und verhindert so die NO_X-Bildung. Partikeln enthalten eine Vielfalt an Stoffen, wie elementaren Kohlenstoff, schwere Kohlenwasserstoffe, hydratisierte Schwefelsäure und andere große Moleküle und sind im Allgemeinen mit nicht optimaler Verbrennung verbunden. Partikeln können reduziert werden, indem die Verbrennungs- und/oder die Abgastemperaturen erhöht werden, oder indem mehr Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird, um die Oxidation der Rußpartikel zu fördern. Leider tendieren Maßnahmen, die NO_X reduzieren, Partikelemissionen zu erhöhen und Maßnahmen, die Partikel reduzieren, NO_X-Emissionen zu erhöhen, was dazu führt, was oft als „Ruß-NO_X-Tradeoff" bezeichnet wird.
Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Schrift, sieht sich die Dieselmotorindustrie strengen Emissionsvorschriften in den Vereinigten Staaten gegenüber und bemüht sich Verfahren zu finden, die den staatlich auferlegten NO_X- und Rußzielen für die Jahre 2002-2004 und den noch strengeren Standards für 2008 genügen. Eine Maßnahme, die in Erwägung gezogen wird, ist die Verwendung von Abgasnachbehandlung (zB Partikelfallen) zur Rußemissionskontrolle, sowohl bei Dieselmotoren von Schwerfahrzeugen, als auch bei Autodieselmotoren. Doch muss, um die erforderlichen Haltbarkeitsstandards (z.B 50.000 bis 100.000 Meilen) zu erfüllen, der gefangene Ruß periodisch wieder verbrannt (reburn) werden. Dies erfordert merkliche Ausgaben und Komplexität, da üblicherweise zusätzlicher Brennstoff in den Abgasstrom gemischt und angezündet werden muss, um die angesammelten Partikelablagerungen abzubrennen.
Neben diesen Studien, die auf die Nachbehandlung gerichtet sind, gab es auch starkes Interesse an der grundsätzlicheren Frage, wie NO_X- und Partikelerzeugung aus dem Verbrennungsprozess reduziert werden kann. Studien in diesem Bereich betreffen die Formung von Verbrennungskammern, das Timen der Treibstoffeinspritzung, die Modifizierung der Art der Einspritzung (z.B. Modifizieren des Einspritzsprühmusters) oder das Anpassen der Einspritzrate während der Einspritzung, um gewünschte Emissionsstandards zu erfüllen. Als ein Beispiel für die Verwendung von angepasster Einspritzrate handelt das US-Patent 5 345 916 für Amman, betitelt „Controlled Fuel Injection Rate for Optimizing Diesel Engine Operation" ab, wie Einspritzkurven (d.h. Variation bei Einspritzraten über die Zeit) abhängig von Motorgeschwindigkeit/-last modifiziert werden können, um die Motorleistung zu optimieren. Beispiele für Einspritzkurven, bei denen die Einspritzrate über die Zeit abnimmt sind dargestellt (5B und 5D aus Amman). Andere haben einen gegenteiligen Zugang gewählt und Einspritzkurven mit zunehmenden Einspritzraten vorgeschlagen. Wieder andere haben Einspritzkurven vorgeschlagen, die wesentlich komplexer sind als einfach ansteigende oder absteigende Kurven und welche während einer gewissen Zeitdauer der Ladungseinspritzung anwachsen und während anderer abnehmen; siehe zB US Patent 5,425,341 von Connolly et al., wo die Form der Einspritzkurve abhängig von Geschwindigkeits-/Lastbedingungen komplex variiert.
Mehrfacheinspritzung, auch Spliteinspritzung, Piloteinspritzung und Nacheinspritzung genannt, war ebenfalls ein vorgeschlagenes Verfahren zur Reduktion von NO_X- und Partikelemissionen bei Dieselmotoren (siehe zB Tow, T., Pierpont, A. and Reitz, R. D. „Reducing Particulates and NO_X Emissions by Using Multiple Injections in a Heavy Duty 0.1 Diesel Engine, „SAE Paper 940897, SAE Transactions, Vol. 103, Section 3, Journal of Engines, pp. 1403-1417, 1994, oder JP 11 343 912 ). Ein Mehrfacheinspritzmotor unterscheidet sich vom Standard-„Einzeleinspritz"-Motor dadurch, dass die Einspritzung einer einzelnen Brennstoffladung während des Verbrennungszyklus durch die Einspritzung mehrerer über die Zeit verteilter Brennstoffladungen ersetzt wird, wobei weniger Brennstoff pro Einspritzung verwendet wird, sodass die Gesamtmenge an schliesslich pro Zyklus eingespritztem Brennstoff vergleichbar mit jener ist, die bei Einzeleinspritzung verwendet wird. Durch das Auftrennen von Brennstoffeinspritzung in mehrere diskrete beabstandete Ladungen wird die Verbrennung und die Verbrennungstemperatur gleichmässiger gehalten und die Verbrennungstemperatur ist geringer was hilft die Emissionen zu verringern. Während Mehrfacheinspritzung zur Zeit als dies geschrieben wird nicht in allgemeiner Verwendung ist, befinden sich Motoren, die dieses Mehrfacheinspritzkonzept verwenden, in Europa Japan und in den Vereinigten Staaten nun in Herstellung oder in der Entwicklung.
Während Mehrfacheinspritzung der Dieselmotorindustrie helfen wird Emissionsziele zu erfüllen, scheint es leider nicht eine vollständige Lösung zu sein: Es selbst verringert die Emissionen nicht auf die gewünschten minimalen Niveaus. Es gibt daher eine bedeutende Notwendigkeit für Verfahren und Vorrichtungen, die zur Reduktion von Dieselmotorenemissionen beitragen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Verfahren gemäß dem beiliegenden Anspruch 1, das zumindest teilweise die vorgenannte Probleme lösen soll. Um dem Leser ein grundsätzliches Verständnis für einige der vorteilhaften Merkmale der Erfindung zu geben, folgt eine kurze Zusammenfassung von bevorzugten Versionen des Verfahrens. Da dies nur eine Zusammenfassung ist, soll verstanden werden, dass mehr Details in Bezug auf die bevorzugten Versionen in der detaillierten Beschreibung an einer anderen Stelle in diesem Dokument dargelegt gefunden werden können. Die am Ende dieses Dokuments dargelegten abhängigen Ansprüche beschreiben weitere Versionen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dieselmotortreibstoffeinspritzung. Eine erste Treibstoffladung wird während eines Verbrennungszyklus in eine Dieselmotor verbrennungskammer eingespritzt. Danach werden eine oder mehrere folgende Treibstoffladungen unter höherem Einspritzdruck (und somit einer höheren Einspritzrate) als die erste Treibstoffladung eingespritzt. Wenn mehr als eine Treibstoffladung nach der ersten Treibstoffladung eingespritzt wird, wird jede einen höheren Einspritzdruck (und damit eine höhere Einspritzrate) als die vorhergehende Treibstoffladung haben, sodass die zweite Treibstoffladung einen höheren Einspritzdruck/-rate als die erste Ladung, die dritte Treibstoffladung einen höheren Einspritzdruck/-rate als die zweite Ladung, usw hat. Ferner enthält jede folgende Treibstoffladung in der Sequenz ein geringeres Treibstoffvolumen als die vorangegangene Treibstoffladung. Man glaubt dass diese Methodik zu reduzierten Ruß- und NO_X-Emissionen gegenüber Einzelladungseinspritzschemen, die annähernd dasselbe Ladungstiming und -volumen verwenden (dh in Einspritzschemen, die eine einzelne Ladung über annähernd die gleiche Zeitspanne eingespritzt haben wie in dem Mehrfacheinspritzschema der Erfindung und mit dem gleichen Treibstoffladungsvolumen), führen. Man glaubt auch, dass die Erfindung zu verringerten Rußemissionen gegenüber jenen führen, die in vergleichbaren Mehrfachladungseinspritzschemen, die konstante Einspritzdrücke zwischen Ladungen verwenden, erzielt werden. Wie an anderer Stelle in diesem Dokument abgehandelt werden wird, glaubt man, dass ein Mehrfacheinspritzschema mit zunehmenden Einspritzdrücken in aufeinanderfolgenden Treibstoffimpulsen erhöhte Verbrennungskammermischungs- und Rußoxidationsraten schafft. Partikelkontrolle wird vorteilhafterweise in der Verbrennungskammer erzielt, indem eine einfache Modifikation von bestehender Einspritzsystemausstattung verwendet wird ohne die Notwendigkeit von unhandlichen und teuren Partikelfallen. Zusätzlich kann Abgasrezirkulation (EGR) bei der Erfindung verwendet werden, um weitere NO_X-Reduktionen zu erreichen. Somit erlaubt die Erfindung gleichzeitige und bedeutende Reduktion von sowohl NO_X als auch Partikelemissionen, die (zum Zeitpunkt da dies geschrieben wird) die besorgniserregenden Schlüsselemissionen in Bezug auf Dieselmotorenumweltstandards sind. Das Mehrfacheinspritzschema kann auch zu besserer Treibstoffökonomie als Einzeleinspritzschemen führen, da der erste Treibstoffimpuls in einer Serie etwas früher gestartet werden kann, als wenn nur ein einzelner Impuls verwendet wird, sodass die größte Hitze vom Treibstoffimpuls abgegeben wird, wenn der Kolben optimal nahe dem oberen Todpunkt getimt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ziele der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den angeschlossenen Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das beispielhafte Einspritzkurven für frühere Einzeleinspritz- und Mehrfacheinspritz-(konstanter Druckimpuls)-Schemen gegenüber einer beispielhaften Einspritzkurve der vorliegenden Erfindung, einem Mehrfacheinspritzschema (zunehmender Druckimpuls), zeigt.
Die 2 bis 5 stellen schematisch Vorrichtungen dar, um Mehrfacheinspritzungen mit zunehmendem Einspritzdruck in aufeinanderfolgenden Einspritzimpulsen zu bewirken.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung kann man sich am besten mit Bezugnahme auf 1 vorstellen, in der eine Einspritzkurve (ein Ausdruck der Einspritzrate oder des Einspritzdruckes in Abhängigkeit der Kurbelstellung oder der Zeit) für die Erfindung neben Einspritzkurven für frühere Einzeleinspritz- und Mehrfacheinspritzschemen gezeigt ist. Es soll verstanden werden, dass diese Kurven nur beispielhaft sind und die Abstimmung der Einspritzungen relativ zum oberen Todpunkt (TDC), die Dauer dieser Einspritzungen, die Profilform jeder eingespritzten Ladung und die relativen Höhen (dh die relativen Raten/Drücke) für die verschiedenen Einspritzverfahren in der Praxis breit variieren können. Im „traditionellen" Einzeleinspritzverfahren wird eine einzelne Treibstoffladung am oder nahe dem TDC eingespritzt. Mehrfacheinspritzung verwendet im Gegensatz dazu zwei (oder eventuell mehr) Einspritzungen am oder nahe dem TDC, wobei die Menge des in diesen Mehrfachladungen verwendeten Treibstoffs die gleiche oder sehr ähnlich jener ist, die bei der Ladung des Einzelladungsverfahrens verwendet wird. Das Mehrfacheinspritzverfahren verwendet im Allgemeinen ein Common-Rail-Einspritzsystem, bei dem Treibstoff in eine gemeinsame Rail gepumpt wird, welche dann die Einspritznadeln des Motors mit Treibstoff auf einem hohen konstanten Druck versorgt. Im Gegensatz dazu, spritzt die vorliegende Erfindung eine Serie von Ladungen ein, wobei aufeinanderfolgende Ladungen mit höheren Raten/Drücken als die vorhergehenden Ladungen zur Verfügung gestellt werden.
Die Erfindung wurde noch nicht getestet, um die Wirksamkeit zu bestimmen, aber die Tests die zur Konzeption der Erfindung führten, scheinen anzuzeigen, dass die Erfindung vorteilhafte Ergebnisse haben wird. Diese Tests wurden durchgeführt um Mehrfacheinspritzverfahren zu studieren, die (wie zuvor angemerkt) dafür bekannt sind, sowohl Ruß- als auch NO_X-Emissionen zu reduzieren. In diesen Tests haben die Erfinder einen Einzelzylindertestmotor unter Verwendung von Dual-Impulseinspritzung, dh Mehrfacheinspritzung, bei der eine Sequenz von zwei Treibstoffladungen eingespritzt wird, bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Belastungen betrieben, um die Ergebnisse früherer Mehrfacheinspritztests zu reproduzieren. Als das Abgas des Testmotors analysiert wurde und die Ergebnisse als Partikel zu NO_X ausgedruckt wurden, erschien eine diagonale Linie, die von dem Bereich mit hohem Ruß/geringem NO_X zu dem Bereich mit geringem Ruß/hohem NO_X abfiel, was den typischen Ruß/NOX-Tradeoff wiedergibt. Jedoch schien die Linie viel höheren Ruß (und leicht höheres NO_X) wiederzugeben, als in vorhergehenden Tests unter Verwendung der gleichen Vorrichtung und angeblich den gleichen Testbedingungen gefunden wurde. Da es schien, dass sich einige Parameter des Testmotors zwischen den vorangegangenen Tests und den späteren Tests verändert hatten, wurden die Ergebnisse der früheren und der späteren Tests analysiert, um zu diagnostizieren welche Veränderung es sein könnte. Als die Wärmeabgabe zwischen den Tests verglichen wurde (dh die Ableitung des Zylinderdrucks nach dem Kurbelwinkel, ein Anzeichen der während des Motorzyklus abgegebenen Wärme), wurde herausgefunden, dass die späteren Tests wesentlich geringere Wärmeabgaben in Verbindung mit dem zweiten Treibstoffimpuls als die früheren Tests hatten. Es wurde auch herausgefunden, dass für ähnliche Geschwindigkeits-/Belastungsbedingungen am Motor die früheren und späteren Testergebnisse ähnliche NO_X-Emissionen hatten, aber die letzteren Tests hatten höhere Partikelemissionen. Eine weitere Untersuchung hat ergeben, dass die höhere Partikel- und geringere Wärmeabgabe beim zweiten Impuls eine Ergebnis eines Defekts bei der Treibstoffeinspritzung waren, was verursachte, dass der zweite Impuls einen geringeren Einspritzdruck als der erste Treibstoffimpuls hatte.
Beim Überdenken der Wechselwirkung zwischen dem geringeren Druck beim zweiten Impuls; der geringeren Wärmeabgabe, die dadurch entstand, und der höheren Partikelemissionen vom Motor, schien es, dass der geringere zweite Impulseinspritz druck zu einer unvollständigeren Verbrennung führte, als es der Fall ist, wenn der Druck im ersten und im zweiten Impuls gleich waren. Man glaubt, dass dieser Effekt auftritt, da der zweite Impuls – der auftritt wenn der Kolben sich vom TDC wegbewegt und der Kammerdruck und die Kammertemperatur von den optimalen Verbrennungsbedingungen abfallen – in der Verbrennungskammer schlecht durchmischt wird. Niedrigdruckstrahlen von Treibstoff, die von den Einspritznadeln eingespritzt werden, können kohäsiver sein und größere Sprühtropfen aufweisen, wohingegen Hockdruck-, Hochgeschwindigkeitsstrahlen mehr zerstäubt sein können und kleinere Tropfen aufweisen können und daher mehr Oberfläche, an der die Verbrennung initiiert werden kann, schaffen können. Daher könnte der zweite Impuls mit niedrigerem Druck mehr zur unvollständigen Verbrennung neigen.
Es wurde dann die Hypothese aufgestellt, dass da geringerer zweiter Impulsdruck nachweislich zu ähnlichem NO_X-Gehalt aber höherem Partikelgehalt führt, als wenn konstanter Einspritzdruck zwischen den Pulsen gehalten wurde, ein höherer Einspritzdruck für den zweiten Impuls geringere Partikel mit ähnlichem NO_X-Gehalt ergeben sollte. Diese Situation ist nützlicher als die herkömmliche Situation, wo der Ruß/NO_X-Tradeoff Anlass für höheres NO_X gibt, wenn Ruß reduziert wird. Es wird die Theorie aufgestellt, dass geringere Partikel aus einem oder mehreren von einigen Faktoren sich ergeben sollten. Erstens kann man durch Aufteilen von Treibstoff in mehrere Impulse, statt in einem einzigen Puls, eine kontrolliertere Verbrennungsrate und verringerte Emissionen erhalten als im Vergleich mit Einzeleinspritzung. Zweitens wird höherer Einspritzdruck feiner strukturierte Treibstoffwolken mit besserer Treibstoffzerstäubung/-dispersion und größerer Oberfläche schaffen, was eine bessere Vermischung und komplettere Verbrennung fördert. Drittens, wird bei Einspritzung eines zweiten Impulses mit höherem Einspritzdruck und zu einem Zeitpunkt wenn der Kolben sich aus dem Zylinder zurückzieht (und der Druck fällt) der Druck in der Verbrennungskammer wieder verstärkt und die Verbrennungsbedingungen gefördert.
Es wird angemerkt, dass, abweichend von der vorliegenden Erfindung, das Mehrfacheinspritzkonzept mit zunehmendem Druck mit Treibstoffladungen mit gleicher Dauer und zunehmender Einspritzrate in jedem nachfolgenden Impuls implementiert werden könnte. In einer solchen Anordnung wird das in jeder Ladung eingespritzte Treibstoff-volumen sukzessive größer, da das Volumen das Produkt der Impulsdauer und der Einspritzrate ist. In der Anordnung gemäß der Erfindung nimmt das Volumen nicht zu; die abgegebenen Treibstoffladungen haben sukzessiv größere Einspritzraten, aber die Ladungen haben alle abnehmendes Treibstoffvolumen und abnehmende Impulsdauer. Es ist erwünscht die Einspritzraten zwischen den Mehrfachladungen zu erhöhen, um das Mischen zu verbessern, aber gleichzeitig ihre Treibstoffvolumina zu vermindern. Dies wird Ladungen, die die größte Energie enthalten zuerst einspritzen, wenn der Kolben am nächsten dem oberen Todpunkt ist, um eine höhere Motoreffizienz zu schaffen.
Ein erhöhter Einspritzdruck während aufeinander folgender Impulse ist durch geeignetes Modifizieren derzeit erhältlicher Treibstoffeinspritzsysteme erzielbar. Beispiele sind in den 2 bis 5 dargestellt, die herkömmliche Common-Rail-Einspritzungen (CRI's) verwenden, dh Ventile (im Allgemeinen solenoidbetätigt), die an den Einspritzdüsen fixiert sind. Es soll verstanden werden, dass andere Arten von Ventilen verwendet werden können wie elektronische Einheitseinspritzungen (EUI), in denen ein vereinheitlichtes Volumen an Treibstoff auf hohen Einspritzdruck in der EUI selbst komprimiert wird.
Bezugnehmend auf 2 ist ein rasch ansprechendes impulsbreitenmoduliertes (PWM) Ventil 21 am Auslass 22 einer Common-Rail 23 (versorgt durch Treibstoffpumpe 24) angeordnet, mit welcher ein CRI 25 verbunden ist, wobei der Einspritzdruck des CRI 25 gleich dem Druck in der Rail 23 ist. Das Ventil 21 und der CRI 25 werden mit der gleichen Frequenz betätigt. Beim anfänglichen Einspritzimpuls wird das Ventil 21 mit einem speziellen Arbeitszyklus moduliert, der einen bestimmten Anfangseinspritzdruck bewirkt. Bei jedem folgenden Einspritzimpuls wird das Ventil 21 moduliert, um für eine längere Zeitdauer geschlossen zu bleiben, was das Ansteigen des Drucks in der Rail 23 bewirkt. Somit wird jedes Mal, wenn der CRI 24 betätigt wird, der Einspritzdruck/die Einspritzrate erhöht. Abhängig von der Motorgeschwindigkeit und der Verweildauer zwischen den Einspritzungen, muss die Antwort des Ventils 21 auf eine Änderung im Arbeitszyklus im Allgemeinen in der Größenordnung von 100 ms sein. Es soll verstanden werden, dass die schematische Darstellung aus 2 zum Zwecke der Einfachheit nur einen einzigen CRI zeigt, wenn jedoch mehr als ein Zylinder in einem Motor vorhanden ist, würden mehr als ein CRI und eine Common-Rail benötigt werden (mindestens eine pro Zylinder).
3 zeigt dann eine andere Vorrichtung, um Mehrfacheinspritzungen mit zunehmendem Einspritzdruck in aufeinanderfolgenden Einspritzimpulsen zu bewirken. Ein PWM Ventil 31 ist an einem Auslass einer Treibstoffpumpe 32 angeordnet, welche zu ihrer Versorgung zurückführt. Ein anderer Auslass der Treibstoffpumpe 32 versorgt eine Common-Rail 33, welche ihrerseits einen CRI 34 versorgt. Das Ventil 31 wird wie in der Vorrichtung aus 2 moduliert, wodurch der Rail- (und Einspritz-)druck bei der Versorgung der Common-Rail 33 gegenüber dem bei der Rückkehr zur Common-Rail 33 reguliert wird.
4 zeigt noch eine andere Vorrichtung, bei der Treibstoffversorgungspumpen 41 und 42, die jeweils auf geeignete erste und zweite Impulseinspritzdrücke (unter Annahme eines Dualimpuls-Mehrfacheinspritzschemas) eingestellt sind, mit einer Common-Rail 43 über entsprechende schnellschaltende Ventile 44 und 45 verbunden sind. Vor der anfänglichen Impulseinspritzung wird das Ventil 44 zwischen der Niederdruckpumpe 41 und der Common-Rail 43 geöffnet. Der CRI 46 kann dann betätigt werden, um einen Treibstoffimpuls auf dem ersten niedrigeren Druck abzugeben. Nachdem der erste Treibstoffimpuls abgegeben wurde, wird das Ventil 44 zwischen der Niedrigdruckpumpe 41 und der Common-Rail 43 geschlossen und das Ventil 45 zwischen der Hochdruckpumpe 42 und der Common-Rail 43 wird geöffnet. Der CRI 46 kann dann betätigt werden, um einen Treibstoffimpuls mit dem zweiten höheren Druck abzugeben. Das Hochdruckventil 45 wird dann geschlossen und das Niederdruckventil 44 geöffnet und der Druck in der Common-Rail 43 wird für den ersten Impuls im nächsten Verbrennungszyklus zurückgesetzt. Es soll verstanden werden, dass, wenn mehr als zwei Impulse für jeden Verbrennungszyklus gewünscht sind, zusätzliche Pumpen und Ventile wie erforderlich hinzugefügt werden können.
5 stellt eine Vorrichtung ähnlich jener aus 4 dar, aber hier ist jede Pumpe 51 an ihre eigene Common-Rail 52 gekoppelt und ein Ventil 53 ist zwischen jeder Rail 52 und dem CRI 54 angeordnet. Da jeder Druck seiner eigenen Rail zugeordnet ist, minimiert diese Ausführungsform das Treibstoffvolumen, das Druck ändern muss.
Man versteht, dass die verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen oben gezeigt und beschrieben wurden, um verschiedene mögliche Merkmale der Erfindung und die verschiedenen Arten, in welchen diese Merkmale kombiniert werden können, zu zeigen. Neben dem Kombinieren der verschiedenen Merkmale der obigen Ausfüh rungsformen in verschiedenen Weisen, werden andere Modifikationen auch als im Rahmen der Erfindung liegend betrachtet. Es folgt eine beispielhafte Liste solcher Modifikationen:
Erstens, soll während dieses Dokument im Allgemeinen die Erfindung in Bezug auf ein Dualimpuls-Mehrfachinjektionsschema beschreibt, verstanden werden, dass die Erfindung mit mehr als zwei Treibstoffimpulsen, die eingespritzt werden, umgesetzt werden kann.
Zweitens, sind zahlreiche andere Vorrichtungen um das Mehrfacheinspritzschema der Erfindung zu bewirken neben jenen, die in den 2 bis 5 gezeigt sind, möglich. Die Vorrichtungen, die in diesen Figuren dargestellt sind, stellen nur Modifikationen dar, die an bestehenden Systemen gemacht werden können, um sie für die Implementierung der Erfindung anzupassen, und es ist möglich, andere nützliche Modifikationen bestehender Systeme zu entwickeln oder neue Vorrichtungen, die speziell für die Verwendung mit der Erfindung entworfen sind, zu entwickeln.
Drittens, kann die Erfindung mit anderen bekannten Mitteln zur Reduzierung von Emissionen oder zur Verbesserung der Motorleistung auf andere Weise implementiert werden. Beispielsweise haben frühere Untersuchungen gezeigt, dass Exhaust Gas Recirculation (EGR) nützlich für die Reduzierung von NO_X-Emissionen sein kann (siehe, z.B. Montgomery, D. T., und Reitz, R. D., „Six-mode Cycle Evaluation of the Effect of EGR and Multiple Injections on Particulate and NO_X Emissions from a D. I. Diesel Engine", SAE Paper 960316, SAE Transactions, Vol. 105, Section 3, Journal of Engines, pp. 356-373, 1996).
Die Erfindung soll nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, beschränkt sein, sondern soll vielmehr nur durch die unten angeführten Ansprüche beschränkt sein. Somit umfasst die Erfindung alle anderen Ausführungsformen, die in den Umfang dieser Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zur Dieselmotortreibstoffeinspritzung umfassend das Einspritzen einer Sequenz von zumindest zwei Treibstoffladungen in einen Motorenzylinder, während eines Dieselverbrennungszyklus, wobei die Sequenz mit einer Anfangstreibstoffladung beginnt, wobei a. die Treibstoffladung, welche auf die Anfangstreibstoffladung folgt, unter höherem Druck als die Anfangstreibstoffladung eingespritzt wird, und b. jede folgende Treibstoffladung in der Sequenz ein geringeres Treibstoffvolumen als die vorangegangene Treibstoffladung enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, worin jede folgende Treibstoffladung, die während des Dieselverbrennungszyklus eingespritzt wird, mit einer höheren Einspritzgeschwindigkeit als die vorangegangene Treibstoffladung eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Sequenz mehr als zwei Treibstoffladungen enthält, und wobei jede folgende Treibstoffladung in der Sequenz mit einer höheren Einspritzgeschwindigkeit, als die vorangegangene Treibstoffladung eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin jede folgende Treibstoffladung in der Sequenz eine höhere Einspritzgeschwindigkeit hat, als die vorangegangene Treibstoffladung.
Verfahren nach Anspruch 1 ferner umfassend den Schritt der Durchführung von Abgasrezirkulation unter Verwendung von Verbrennungsgasen, die vom Motorenzylinder während des Dieselverbrennungszyklus erzeugt wurden.
Verfahren nach Anspruch 1: worin die Sequenz durch ein Einspritzventil, das von einer Rail gespeist wird, eingespritzt wird, und wobei das Verfahren ferner den Schritt des Erhöhens des Druckes in der Rail umfasst und dabei die Einspritzgeschwindigkeit zwischen den Treibstoffladungen in der Sequenz erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1: worin die Sequenz durch ein Einspritzventil, das von mindestens zwei Rails gespeist wird, eingespritzt wird, wobei jede Rail einen verschiedenen Druck darin hat, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, das Einspritzventil von jeder der Rails aufeinanderfolgend zu versorgen und dadurch die Einspritzgeschwindigkeit zwischen den Treibstoffladungen in der Sequenz zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Anfangstreibstoffladung vor einem Zeitpunkt an dem die Verbrennungskammer minimales Volumen hat, eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin zumindest ein Teil der Anfangstreibstoffladung auftritt, während des Zeitpunkts an dem die Verbrennungskammer minimales Volumen hat.