EP2013470A2 - Verfahren zur reduzierung von ablagerungen innerhalb eines spritzlochs einer kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur reduzierung von ablagerungen innerhalb eines spritzlochs einer kraftstoffeinspritzvorrichtung

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EP2013470A2
EP2013470A2 EP07802846A EP07802846A EP2013470A2 EP 2013470 A2 EP2013470 A2 EP 2013470A2 EP 07802846 A EP07802846 A EP 07802846A EP 07802846 A EP07802846 A EP 07802846A EP 2013470 A2 EP2013470 A2 EP 2013470A2
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Oliver Kastner
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/007—Cleaning
    • F02M65/008—Cleaning of injectors only

Definitions

  • a method for reducing deposits within a spray hole of a fuel injection device is provided.
  • the invention relates to a method for reducing deposits within a spray hole of a fuel injection device according to the features of the preamble of main claim 1.
  • Fuel injectors for operating an internal combustion engine have generally been known for many years.
  • fuel supply into the respective combustion chamber of the internal combustion engine is effected by injectors, in particular by piezoinjectors.
  • injectors for different driving conditions
  • ou Kunststoffi ⁇ che properties of these systems are required in order to ensure emission limits, fuel consumption minimization and longevity of the system and thus of the vehicle.
  • an injector with at least one spray hole which has a device for the targeted generation of cavitation at the outlet opening of the spray hole. With the help of cavitation deposits generated during operation in areas of the outlet opening the spray hole or over the entire spray hole length ent ⁇ be removed.
  • the shape of the injection port which is determined by deposits inside half of the injection port and the outlet port, but exerts influence on the Einspritzstrahlaufbe ⁇ reitung and thus deteriorating the exhaust emission at a design of the injector to a reduction of storage ⁇ conclusions and / or an interpretation of the injector on Verko- ken.
  • the the present invention object underlying be ⁇ is now to provide a method which WE- a reduction of deposits without variation of the shape shalls allows an injection hole.
  • An advantageous embodiment of the invention is that due to a variably adjustable injection port pressure within the injector more accurate injection quantities are possible.
  • FIG. 1 shows a schematic sketch of a nozzle unit (corresponds to a section of an injector) with two Spritzlö ⁇ manuals and a nozzle needle,
  • Figure 2 a fuel volume flow path through a spray hole depending on the needle stroke.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a nozzle unit with two spray holes and a nozzle needle. Shown is a nozzle body housing 5, within which, for example, two spray holes 1 are located. The injection holes 1 connect a blind hole 6 with a combustion chamber (not shown in the drawing). About them, a predetermined amount of fuel, depending on the adjustable spray hole inlet pressure, from the blind hole 6 flow into the combustion chamber. Furthermore, a nozzle needle 2 is shown, which influenced by their variably adjustable vertical position of the opening cross section of which is provided between SI ⁇ sen redesigngeophuse 5 and the nozzle needle 2 ⁇ throttle gap. 4
  • Seat throttling occurs when the nozzle needle 2 is driven in relation to a maximum stroke such that the truncated cone-like design surface, which is determined virtually by the distance between the nozzle needle and the nozzle body housing, is able to dress ⁇ ner than the outlet cross sectional area of the spray hole 1 or the sum of the outlet cross-sectional areas of several injection holes 1.
  • the frustoconical surface between the Dü ⁇ sennadel 2 and the nozzle body housing 5 in this case has perpendicular to the nozzle needle 2 and extends axially symmetrically about the vertical axis.
  • FIG. 2 shows a fuel volume flow profile through a spray hole as a function of the needle stroke.
  • FIG. 2 shows the volume flow in the vertical direction and the needle stroke in the horizontal direction.
  • the volume flow characteristic curve 1 increases with rising ⁇ the needle stroke to the point Hl at which the needle stroke and thus the throttle gap are maximum.
  • the fuel volume flow characteristic curve 1 has an increasing characteristic curve with an increasing needle stroke with simultaneously falling volumetric flow gradients.
  • Seat throttling is present in the area of low needle strokes with simultaneously high volumetric flow gradients, while, on the other hand, with increasing needle stroke and thus falling volume flow gradient, a transition to a hole throttling takes place.

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Description

Beschreibung
Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen innerhalb eines Spritzlochs einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen innerhalb eines Spritzlochs einer Kraftstof- feinspritzvorrichutng gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs 1.
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die KraftstoffZuführung in den jeweiligen Brennraum der Brenn- kraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoin- jektoren. Für verschiedene Fahrzustände werden unterschiedli¬ che Eigenschaften von diesen Systemen gefordert, um Schadstoffemissionsgrenzen, Kraftstoffverbrauchsminimierung und auch Langlebigkeit des Systems und damit des Fahrzeugs zu ge- währleisten.
Mit zunehmender Leistungsdichte steigt bei modernen Verbren¬ nungsmotoren die Tendenz zur Bildung von Ablagerungen in wenigstens einem Spritzloch. Auch können höhere Abgasrückführ- raten in den Brennraum zu vermehrten Ablagerungen in den
Spritzlöchern führen. Diese Ablagerungen haben über die Laufzeit gesehen eine Reduzierung der eingebrachten Kraftstoffmenge, insbesondere bei Volllastbetrieb und damit eine Redu¬ zierung der Motorleistung zur Folge. Weiterhin ergibt sich durch die Ablagerungen eine Erhöhung der Abgasemissionen durch Verkokung.
Aus der Druckschrift DE 102 25 683 Al ist ein Injektor mit wenigstens einem Spritzloch bekannt, welches eine Einrichtung zur gezielten Erzeugung von Kavitation an der Auslassöffnung des Spritzlochs aufweist. Mit Hilfe der Kavitation können im Betrieb erzeugte Ablagerungen in Bereichen der Auslassöffnung des Spritzlochs oder über die gesamte Spritzlochlänge ent¬ fernt werden.
Die Formgebung des Spritzlochs, die durch Ablagerungen inner- halb des Spritzlochs und durch die Auslassöffnung bestimmt wird, übt allerdings Einfluss auf die Einspritzstrahlaufbe¬ reitung aus und verschlechtert damit die Abgasemission bei einer Auslegung des Injektors auf eine Reduktion von Ablage¬ rungen und/oder bei einer Auslegung des Injektors auf Verko- ken.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe be¬ steht nun darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Reduzierung der Ablagerungen ohne Variation der Formgebung we- nigstens eines Spritzlochs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er¬ findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine freie Auslegung der Formgebung des Spritzlochs, unabhängig von der Ablagerungsproblematik, nach Gesichtspunkten optimaler Emissionen und maximaler Leistung erfolgen kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass aufgrund eines variabel einstellbaren Spritzlochein- trittsdrucks innerhalb des Injektors genauere Einspritzmengen ermöglicht werden.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1: eine schematische Skizze einer Düseneinheit (ent- spricht einem Ausschnitt eines Injektors) mit zwei Spritzlö¬ chern und einer Düsennadel,
Figur 2: einen Kraftstoffvolumenstromverlauf durch ein Spritzloch abhängig vom Nadelhub. Figur 1 zeigt eine schematische Skizze einer Düseneinheit mit zwei Spritzlöchern und einer Düsennadel. Dargestellt ist ein Düsenkörpergehäuse 5, innerhalb dessen sich beispielhaft zwei Spritzlöcher 1 befinden. Die Spritzlöcher 1 verbinden dabei ein Sackloch 6 mit einem Brennraum (in der Zeichnung nicht dargestellt) . Über sie kann eine vorgebbare Kraftstoffmenge, abhängig vom einstellbaren Spritzlocheintrittsdruck, aus dem Sackloch 6 in den Brennraum strömen. Weiterhin ist eine Dü- sennadel 2 dargestellt, die durch ihre variabel einstellbare vertikale Position den Öffnungsquerschnitt des zwischen Dü¬ senkörpergehäuse 5 und Düsennadel 2 vorgesehenen Drossel¬ spalts 4 beeinflusst.
Zur Reduzierung von Ablagerungen innerhalb des Spritzlochs 1 wird der Injektor in einer Sitzdrosselung gefahren. Sitzdrosselung liegt vor, wenn die Düsennadel 2 in Bezug auf einen maximalen Hub derart angesteuert wird, dass die kegelstumpf- artig ausgebildete Fläche, die durch den Abstand zwischen Dü- sennadel und Düsenkörpergehäuse virtuell bestimmt wird, klei¬ ner ist als die Austrittsquerschnittsfläche eines Spritzlochs 1 oder die Summe der Austrittsquerschnittsflächen mehrerer Spritzlöcher 1. Die kegelstumpfartige Fläche zwischen der Dü¬ sennadel 2 und dem Düsenkörpergehäuse 5 weist dabei senkrecht auf die Düsennadel 2 und verläuft axialsymmetrisch um die vertikale Achse.
Durch die aufgrund der Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts des Drosselspalts 4 entstehende Anhebung der turbulenten ki- netischen Energie, und die in gewissen Bereichen entstehende Kavitation können Ablagerungen in den Spritzlöchern 1 vermieden werden.
Zur Vermeidung von Ablagerungen können daher Reinigungsse- quenzen während der Laufzeiten über den Sitzdrosselbetrieb eingeführt werden. Da die Druckdifferenz zwischen dem Spritzlocheintrittsdruck und dem Spritzlochaustrittsdruck einen wesentlichen Einfluss auf das Verbrennungsverhalten ausübt, ist eine möglichst genaue Einstellung des Spritzlocheintritts- drucks von großer Bedeutung. Die Drosselverluste, die durch den variabel veränderbaren Drosselspalt 4 entstehen und damit einen geringeren Spritzlocheintrittsdruck bewirken, können durch jeweils einen höheren Systemdruck ausgeglichen werden, ohne dabei Nachteile bei der Emission in Kauf nehmen zu müs¬ sen .
Weiterhin besteht die Möglichkeit, Betriebspunkte in einem Motorkennfeld als Reinigungspunkte über einen Sitzdrosselbe¬ trieb zu verwenden. Als besonders geeignet haben sich hier Betriebspunkte herausgestellt, die bei transientem Betrieb der Brennkraftmaschine hohe Druckgradienten zwischen Brennraum und Spritzloch durchlaufen. Diese Druckgradienten zwi- sehen den einzelnen Betriebspunkten können dadurch reduziert werden, dass entsprechend niedrigere Lasten im Sitzdrosselbe¬ trieb gefahren werden. Die Einstellung des Spritzlochein- trittsdrucks erfolgt dabei über die Sitzdrosselung, d.h. über den durch die Düsennadel 2 variabel einstellbaren Drossel- spalt 4, bei z.B. konstantem Systemdruck. Weiterhin hat sich zur Reduzierung der Ablagerungen als besonders vorteilhaft erwiesen, dass Betriebspunkte mit hohen Lasten und Systemdrü¬ cken gefahren werden.
Figur 2 zeigt einen Kraftstoffvolumenstromverlauf durch ein Spritzloch abhängig vom Nadelhub. In der Figur 2 ist in vertikaler Richtung der Volumenstrom und in horizontaler Richtung der Nadelhub aufgetragen.
Der Volumenstromkennlinienverlauf 1 steigt dabei mit steigen¬ dem Nadelhub bis zum Punkt Hl, bei dem der Nadelhub und somit der Drosselspalt maximal sind. Der Kraftstoffvolumenstrom- kennlinienverlauf 1 weist dabei mit steigendem Nadelhub einen ansteigenden Kennlinienverlauf mit gleichzeitig fallenden Vo- lumenstromgradienten auf. Eine Sitzdrosselung liegt dabei im Bereich geringer Nadelhübe mit gleichzeitig starken Volumenstromgradienten vor, während hingegen mit steigendem Nadelhub und damit fallenden Volumenstromgradienten ein Übergang zu einer Lochdrosselung erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen an wenigstens einem in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehenen Spritzloch mit definierter Austrittsquerschnittsflach welches ein im Gehäuse eines Injektors, insbesondere eines Piezoin- jektors vorhandenes, die kegelstumpfartig ausgebildete Spitze einer Düsennadel hohlkegelartig umgreifendes Sackloch mit ei¬ nem Brennraum einer Brennkraftmaschine verbindet, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Düsennadel in Bezug auf einen maximalen Hub derart ange¬ steuert wird, dass ein von dem Düsennadelende senkrecht zum Düsenkörpergehäuse weisender Raum der virtuellen Mantelfläche eines um die vertikale Düsennadelachse axialsymmetrisch ange- ordneten Kegelstumpf entspricht, die kleiner ist als die Aus¬ trittsquerschnittsfläche eines Spritzlochs oder die Summe der Austrittsquerschnittsflächen mehrerer Spritzlöcher.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigung mindestens eines Spritzlochs zu vorgegebenen
Zeitpunkten und/oder zu bestimmten Betriebspunkten durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselverluste im Drosselspalt durch einen angeho¬ benen Systemdruck ausgeglichen werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spritzlocheintrittsdruck bei vorgege- benen Systemdruck über die Drosselverluste im Drosselspalt gesteuert wird.
EP07802846A 2006-08-29 2007-08-24 Verfahren zur reduzierung von ablagerungen innerhalb eines spritzlochs einer kraftstoffeinspritzvorrichtung Not-in-force EP2013470B1 (de)

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