DE69505394T2

DE69505394T2 - Hochdruckkraftstoffeinspritzverfahren für dieselmotoren

Info

Publication number: DE69505394T2
Application number: DE69505394T
Authority: DE
Inventors: Riccardo Buratti; Silvio Canale
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2015-07-22
Also published as: WO1996003578A1; ITTO940608A1; EP0772737A1; ES2124004T3; JP2006275052A; IT1266891B1; ITTO940608A0; JPH10504622A; EP0772737B1; DE69505394D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schieneneinspritzverfahren für einen Dieselmotor.

STAND DER TECHNIK

Es ist bekannt, daß zum Schutz der Umwelt verstärkte Anstrengungen unternommen und in vielen Ländern schärfere Vorschriften angewandt werden, um den Abgasausstoß von Brennkraftmaschinen unter Kontrolle zu halten.
Speziell im Fall von Dieselmotoren sind die Hauptprobleme auf das Vorhandensein von Stickstoffoxiden (NOx) und Rußpartikeln im Abgas zurückzuführen, während das Abgas andererseits einen sehr niedrigen Gehalt an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) aufweist.
Es sind zwar verschiedene sehr erfolgreiche Lösungen vorgeschlagen worden, um den Anteil des Stickstoffoxids und von Rußpartikeln zu verringern, aber eine weitere Verbesserung ist notwendig, um den immer niedrigeren Schadstoffwerten gerecht zu werden, die nach den heutigen Vorschriften verlangt werden.
EP-A-0 570 986 zeigt ein Schieneneinspritzverfahren für einen Dieselmotor, wobei das Verfahren eine Haupteinspritzphase und eine zusätzliche Voreinspritzphase (Voreinspritzung) aufweist.
US-A-5 119 780 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, die ein Niederdruck- und ein Hochdruck-Einspritzventil für jeden Brennraum hat. Das Niederdruck-Ein spritzventil spritzt eine Voreinspritz-Kraftstoffmenge ein, wenn das Maximalvolumen des Brennraums nahezu erreicht ist, d. h. im letzten Teil des Saughubs.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, um den Stickstoffmonoxid- und Rußpartikelgehalt im Abgas von Dieselmotoren herabzusetzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schieneneinspritzverfahren für einen Dieselmotor angegeben, das eine Haupteinspritzphase und eine zusätzliche Voreinspritzphase aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Voreinspritzphase am Beginn des Saughubs des Motors ausgeführt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine bevorzugte, nichteinschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 ein Blockbild einer bekannten Dieselmotor-Einspritzanlage; und
Fig. 2 ein Druck- und Einspritzdiagramm, bezogen auf die Hübe des Motors, gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt schematisch eine Schieneneinspritzanlage 1 für einen Dieselmotor, und zwar von dem Typ, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht. Von der Anlage 1 sind nur die für die Erfindung relevanten Teile gezeigt, wobei die Kraftstoffleitungen in Vollinien dargestellt sind und die Strichlinien die elektrischen Leitungen bezeichnen, die die Steuer- und Meßwertsignale führen.
Die Anlage 1 weist folgendes auf:
- einen Kraftstoffbehälter (Dieselkraftstoffbehälter) 2;
- eine Hochdruck-Förderpumpe 3, die mit dem Behälter 2 durch eine Niederdruckleitung 4 verbunden ist;
- einen Druckregler 6 in einer Hochdruckleitung 7;
- eine Niederdruckkraftstoff-Rückführungsleitung 8 zwischen dem Druckregler 6 und dem Behälter 2;
- eine Hochdruckkraftstoff-Schiene 9, die mit der Leitung 7 verbunden ist und ein oder mehr Elemente aufweist, die mit den Einspritzventilen verbindbar sind;
- eine Reihe von Einspritzventilen 10 - einen für jeden Zylinder 11 des Motors 12 -, die mit der Schiene 9 verbunden sind;
- eine Leistungssteuereinheit (zentrale Steuereinheit) 16 zur Steuerung der Systemkomponenten auf der Basis von Signalen verschiedener Sensoren, gespeicherten Tabellen und der implementierten Steuerstrategie;
- eine Verbrennungsprodukt-Abgasleitung 17, die mit dem Abgaskrihnmer (nicht gezeigt) des Motors 12 verbunden ist;
- einen Rußfilter 18 in der Abgasleitung 17;
- einen Ansaugkrümmer 19;
- einen Drucksensor 20 an der Schiene 9;
- einen Motordrehzahl- und -hubsensor 22 an der Abtriebswelle 23 des Motors; und
- einen Taktsensor 24 an der Nockenwelle.
Der Druckregler 6, die Einspritzventile 10, der Drucksensor 20, der Motordrehzahl- und -hubsensor 22 und der Taktsensor 24 sind mit der zentralen Einheit 16 über elektrische Daten- und Steuerungsverbindungsleitungen verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sieht die Einspritzanlage 1 zusätzlich zu der Haupteinspritzphase, die auf die übliche Weise durch die Zentraleinheit 16 gesteuert wird, die Voreinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder 11 am Beginn des Saughubs vor, wie Fig. 2 schematisch zeigt, wobei ein erstes Diagramm den Druck bei den verschiedenen Hüben jedes Zylinders zeigt; ein zweites Diagramm den Ort der Voreinspritz(30)- und der Haupteinspritz(31)-Phase zeigt; TDC den oberen Totpunkt, BDC den unteren Totpunkt, IND den Saughub, COMP den Verdichtungshub, EXP den Arbeitshub und EX den Auslaßhub bezeichnet. Die Pfeile rechts und links von den Voreinspritz- und Haupteinspritzphasen in Fig. 2 sollen die Möglichkeit bezeichnen, daß ihre Lage und Länge im Vergleich mit dem gezeigten Beispiel veränderlich ist - daß sie vorgezogen, verzögert, länger oder kürzer sein können -, um die Betriebsbedingungen des Motors zu berücksichtigen, wie das bei der Haupteinspritzphase üblich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Voreinspritzphase die Einspritzung einer kleinen Kraftstoffmenge direkt in die Zylinder beim Saughub IND und wird bevorzugt zu Beginn des Saughubs IND ausgeführt, um ein gutes Gemisch zu gewährleisten. Wenn der Druck in den Zylindern während des Verdichtungshubs COMP ansteigt, werden auf diese Weise teiloxidierte und/oder peroxidierte komplexe Produkte mit einer starken chemischen Affinität gebildet, die als Verbrennungsbeschleuniger wirken, um den Zündverzug der Haupteinspritzphase zu minimieren. Insbesondere bewirkt die Anwesenheit von Verbrennungsbeschleunigern in der zugeführten Luft eine rasche Zündung des in der Haupteinspritzphase eingespritzten zerstäubten Kraftstoffs, so daß eine stabile Verbrennung erreicht wird und Gradienten prinzipiell durch das Einspritzmuster gesteuert werden im Gegensatz zu der unkontrollierten spontanen Zündung großer Kraftstoffmengen. Diese Art der Verbrennung führt daher, weil sie stabiler ist und auch dadurch, daß die zeitliche Steuerung der Haupteinspritzung verbessert wird, zur Abnahme der Bildung von Stickstoffoxiden und Rußpartikeln.
Hinsichtlich der Haupteinspritzphase werden die Voreinspritzparameter (Kraftstoffmenge, Dauer, Frühverstellung) durch die Zentraleinheit 16 entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors - Motordrehzahl N (durch den Sensor 22 ermittelt), Motorlast, Fluidtemperatur (Daten, die normalerweise bereits für andere Verarbeitungsfunktionen verfügbar sind, die von der Zen traleinheit ausgeführt werden) - und bevorzugt unter Verwendung von in der Zentraleinheit selber gespeicherten Tabellen bestimmt.
Die Anmelderin hat die Erfahrung gemacht, daß die Voreinspritzphase gemäß der vorliegenden Erfindung bei mittleren-niedrigen Motordrehzahlen und unter Teillastbedingungen (unterhalb von 50-60%) besonders vorteilhaft ist, jedoch auch unter anderen Bedingungen, speziell bei Übergangszuständen, angewandt werden kann.
Da in der Praxis die Funktion der Voreinspritzphase gemäß der vorliegenden Erfindung darin besteht, die Umgebung im Inneren der Zylinder 11 durch die Erzeugung von die Zündverzögerung herabsetzenden Verbindungen vorzubereiten, wird sie vorteilhaft in sämtlichen Zylindern durchgeführt, wenn die Betriebsbedingungen, die durch die Zentraleinheit 16 vorgesehen sind, vorhanden sind.
Bei einer elektronischen Schieneneinspritzanlage der beschriebenen Art wird die Voreinspritzphase ohne Schwierigkeit ausgeführt, weil die Einspritzung elektronisch durch die Steuersignale gesteuert wird, die den Einspritzventilen 10 von der Zentraleinheit 16 zugeführt werden, und weil die zeitliche Steuerung relativ zu den Hüben des Motors vollkommen flexibel und in keiner Weise durch Charakteristiken, die in der Anlage inhärent sind, begrenzt ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Insbesondere führt aufgrund der Einspritzung sehr kleiner Kraftstoffmengen und der Verbesserung der Verbrennungsleistung die Voreinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verringertem Zusetzen von Abgasfiltern an der Abstromseite des Motors (was, wie bekannt ist, in einem erhöhten Kraftstoffverbrauch resultiert) bei im wesentlichen keiner Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs.
Es ist ersichtlich, daß an dem beschriebenen und hier gezeigten Verfahren Änderungen vorgenommen werden können. Insbesondere kann, wie bereits gesagt wurde, die Voreinspritzphase gegenüber dem gezeigten Beispiel zeitlich verschieden gesteuert werden, um optimale Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Claims

1. Schieneneinspritzverfahren für einen Dieselmotor, wobei das Verfahren eine Haupteinspritzphase und eine zusätzliche Voreinspritzphase aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Voreinspritzphase zu Beginn des Saughubs des Motors durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzphase das Einspritzen einer gegebenen Kraftstoffmenge in die Motorzylinder aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzphase das Einspritzen einer Kraftstoffmenge aufweist, die gleich einigen wenigen Prozent der Kraftstoffmenge ist, die während der Haupteinspritzphase eingespritzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzphase hauptsächlich unter Bedingungen einer mittleren-niedrigen Motordrehzahl, einer Teillast oder eines Übergangszustands durchgeführt wird, wobei die Parametersteuerung durch eine elektronische zentrale Steuereinheit erfolgt.