EP2659123B1 - Einspritzvorrichtung für zwei kraftstoffe mit ethanol, brennkraftmaschine und verfahren zum betrieb einer einspritzvorrichtung - Google Patents

Einspritzvorrichtung für zwei kraftstoffe mit ethanol, brennkraftmaschine und verfahren zum betrieb einer einspritzvorrichtung Download PDF

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EP2659123B1
EP2659123B1 EP11782590.1A EP11782590A EP2659123B1 EP 2659123 B1 EP2659123 B1 EP 2659123B1 EP 11782590 A EP11782590 A EP 11782590A EP 2659123 B1 EP2659123 B1 EP 2659123B1
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EP
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fuel
injection
injection valve
fuel composition
inlet opening
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Andreas Posselt
Marko Lorenz
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M35/10209—Fluid connections to the air intake system; their arrangement of pipes, valves or the like
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/104—Intake manifolds
    • F02M35/108—Intake manifolds with primary and secondary intake passages
    • F02M35/1085—Intake manifolds with primary and secondary intake passages the combustion chamber having multiple intake valves

Definitions

  • the invention relates to an injection device according to the preamble of claim 1.
  • Such injectors for internal combustion engines are well known.
  • a fuel supply system which supplies composite fuel containing alcohol and gasoline to a plurality of cylinders of an internal combustion engine.
  • the composite fuel contains so-called main fuel and sub-fuel, the sub-fuel having a lower alcohol concentration than the main fuel.
  • the sub-fuel is injected in each case by means of two separate first fuel injection valves or by means of a single second fuel injection valve in the direction of a first and second intake valve of each cylinder.
  • the main fuel is injected via the two separate first fuel injection valves toward first and second intake valves of each cylinder.
  • the two injection valves thus serve alternatively for injecting main or sub-fuel.
  • the injection device according to the invention, the internal combustion engine according to the invention and the inventive method for operating an injection device according to the independent claims have the advantage over the prior art, on the one hand achieved a reduction in exhaust emissions and on the other hand, an increase in the performance of the internal combustion engine becomes.
  • the injectors By separating the injectors into those which inject only fuel based on ethanol, and those which inject only a gasoline-based fuel, the high demands on the available flow rate range of the respective injection valve are easily achieved. Injection of gasoline-based fuel is particularly needed during the start-up and warm-up phases, since injection of ethanol-based fuel to start the engine is either not possible at all or very inefficient (depending on the ambient temperature).
  • the second injection device is therefore operated just in the start and warm-up phase and preferably throttled at full load or completely off.
  • the improved burn-through and higher smoothness achieved thereby allows lower idle speed, which in turn reduces exhaust emissions when operating on fuel of the second fuel composition.
  • the second injection assembly is shut down and the internal combustion engine is fed with the ethanol-based fuel, whereby a comparatively high performance with low exhaust emissions and low fuel consumption is achieved.
  • the second and third injection valves are preferably each dimensioned for a lower fuel flow range than the at least one first injection valve.
  • the second and third injection valve each have a Einstrahl
  • the second injection valve has in particular only a single second injection port
  • the third injection valve in particular has only a single third injection port.
  • the internal combustion engine according to the invention preferably comprises a gasoline engine with intake manifold injection for a motor vehicle, preferably an automobile.
  • the internal combustion engine preferably further comprises more than one cylinder.
  • the distance between the second injection valve and the first inlet opening and the distance between the third injection valve and the second inlet opening are each smaller than between the first injection valve and the first or second inlet opening.
  • the distance between the second injection assembly and the combustion chamber is chosen to be comparatively small, so that shorten the flight times of the injected fuel according to the second fuel composition.
  • the evaporation of the fuel thus takes place in the combustion chamber, whereby the combustion chamber is cooled.
  • the anti-knocking therefore increases, so that in particular in a full load phase larger services can be queried.
  • This embodiment is therefore suitable for the construction of a particularly powerful internal combustion engine.
  • the distance between the second injection valve and the first inlet opening and the distance between the third injection valve and the second inlet opening are each greater than between the first injection valve and the first or second inlet opening.
  • the distance between the second injection assembly and the combustion chamber is comparatively large, so that the flight times of the injected fuel according to the second fuel composition increase.
  • the second injection valve is provided for injecting fuel of the second fuel composition into a first intake passage opening into the first intake port
  • the third injection valve for injecting fuel of the second fuel composition into a second intake passage opening into the second intake port is provided.
  • the second and third injection valve are further arranged separately from each other and in particular also separately controllable. It is also conceivable that in each case only one of the two injection valves is activated.
  • the first injection valve has a two-jet characteristic and in particular two first injection openings for injecting fuel of the first fuel composition so that upon injection, the fuel of the first fuel composition reaches both the first and second inlet ports.
  • the first injection valve is arranged in an intake pipe, which opens into the first and second intake duct.
  • the first injection arrangement comprises two first injectors, each having a Einstrahl characterizing, ie, for example, each comprise only a first injection port, and which are arranged in the intake pipe or in the first and second intake duct.
  • the second and the third injection valve are dimensioned differently such that different amounts of fuel of the second fuel composition are injected through the second and third injection valves.
  • the Kraftstoffzumess Scheme can be significantly increased, for example, if only that of the two injectors is driven, which is dimensioned for a smaller flow rate.
  • Another object of the present invention is an internal combustion engine having an injection device according to the invention.
  • Another object of the present invention is a method for operating an injection device according to the invention, wherein with the at least one first injection valve fuel of the first composition, which comprises a higher proportion of ethanol than the second composition, both in the direction of the first inlet opening, as well as in direction is injected with the second injector having a Einstrahl second fuel injector of the second composition only in the direction of the first inlet port and the Einstrahl having third injector fuel of the second composition only in the direction of the second inlet port.
  • the above-mentioned advantages of the exhaust gas reduction, as well as the increase in performance are achieved.
  • only the fuel of the first fuel composition is injected with the at least one first injection valve, and only the fuel of the second fuel composition is injected with the second and third injection valves, so that a maximally large available flow rate range is achieved.
  • mainly fuel of the second composition is injected by the second and third injection valve and that in a load phase mainly fuel of the first composition is injected through the first injection valve.
  • the fuel of the second fuel composition of the second injection assembly is supplied under higher pressure than fuel of the first fuel composition of the first injection assembly is supplied, and / or that the pressure under which the fuel of the second fuel composition of the second injection assembly is supplied, is set in dependence on operating parameters of the internal combustion engine.
  • different pressures in the two fuel supply systems can be implemented.
  • a higher pressure in the fuel supply system is provided for the predominantly gasoline-containing fuel of the second fuel composition compared to the pressure in the fuel supply system for the predominantly ethanol-containing fuel of the first fuel composition, whereby in particular the combustion characteristics in the starting phase of the internal combustion engine can be improved.
  • an operating point-dependent variation of the pressure of at least one of the two fuel supply systems is conceivable.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an internal combustion engine 1 with an injection device 1 'in a non-inventive embodiment of the present invention shown, which has a cylinder which comprises a combustion chamber 2 and in which a piston 2 moves'.
  • the wall of the combustion chamber 2 has a first and a second inlet opening 10, 20, through which in each case an air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 2 and a first and second outlet opening 30, 31, through which the raw exhaust gases of the combusted air Fuel mixture from the combustion chamber 2 in first and second outlet channels 32, 33 are ejected.
  • the internal combustion engine 1 has a first inlet valve 10 ', which is provided for closing the first inlet opening 10 and is arranged between a first inlet channel 11 and the combustion chamber 2.
  • the internal combustion engine 1 also has a second inlet valve 20 ', which is provided for closing the second inlet opening 20 and is arranged between a second inlet channel 21 and the combustion chamber 2.
  • the first and the second intake channel 11, 21 open on a side facing away from the combustion chamber 2 in a common intake pipe 9, wherein a metered amount of fresh air is sucked through the intake pipe 9 in the direction of the combustion chamber 2 by a throttle valve arranged in the intake pipe 9 (not shown)
  • the injection device 1 ' has a first and a second injection arrangement 3, 5, which are provided for injecting fuel 4, 6 in the direction of the first and second inlet openings 10, 20 or into the first and second intake channels 11, 21.
  • the first injection arrangement 3 comprises a first injection valve 7, which generates two partial beams.
  • the first injection valve 7 has in particular two injection openings 8, through which fuel 4 of a first fuel composition is injected simultaneously both in the direction of the first and in the direction of the second inlet opening 10, 20.
  • the first fuel composition has a high proportion of ethanol, which ensures comparatively efficient combustion, ie with low consumption, low emissions and high performance, during load operation of the internal combustion engine 1.
  • the injector 1 since the start and warm-up phase with ethanol-based fuel is very inefficient, the injector 1 'still has the second injector assembly 5, which is provided for injecting fuel 6 of a second fuel composition.
  • the second fuel composition has less or no ethanol content than the first fuel composition, and particularly includes conventional gasoline.
  • the second injection arrangement 5 comprises a second and a separate third injection valve 12, 22.
  • the second injection valve 12 has a Einstrahl characterizing, ie the second injection valve 12 has in particular only a single second injection port 14, whereby the fuel 6 of the second fuel composition substantially is injected exclusively in the direction of the first inlet opening 10.
  • the third injection valve 22 has a Einstrahl characterizing, ie the third injection valve 22 preferably has only a single third injection port 24, whereby the fuel 6 of the second fuel composition is injected substantially exclusively in the direction of the second inlet port 20.
  • the first, second and third injection valve 7, 12, 22 are controlled separately. In the present example, the distance between the second inlet valve 12 and the first inlet opening 10, and between the third inlet valve 22 and the second inlet opening 20 is greater than between the first inlet valve 7 and the first or second inlet opening 10, 20.
  • the time of flight during injection of fuel 6 of the second fuel composition is thus increased, whereby the injected fuel 6 vaporized already in the first and second intake ports 11, 21 and thus results in a better ignitability in the combustion chamber 2.
  • the combustion thus takes place at higher temperatures, so that in a start and warm-up phase of the internal combustion engine 1, a downstream catalyst not shown is heated faster by the hotter exhaust gases and thus reaches its operating temperature faster.
  • the second and third injection valves 12, 22 are each dimensioned for a lower fuel flow area than the at least one first injection valve 7, since during injection of Ethanol-based fuel 4 compared to injecting gasoline-based fuel 6 larger quantities must be injected.
  • the first injection valve 7 therefore serves exclusively to inject fuel 4 of the first fuel composition, while only the fuel 6 of the second fuel composition is injected by the second and third injection valves 12, 22. Injection of fuel 6 of the second fuel composition occurs mainly in the starting and warm-up phases of internal combustion engine 1. However, fuel injection 4 of the first fuel composition occurs mainly in the load and full load phases.
  • the first, second and third injection valves 7, 12, 22 are controlled depending on the respective operating parameters, so that the ratio between the injected amount of the fuel 4 of the first fuel composition and the injected amount of the fuel 6 of the second fuel composition as needed and in particular continuously regulated in order to achieve the lowest possible emissions with sufficient power.
  • the internal combustion engine 1 preferably has a plurality of such cylinders.
  • the internal combustion engine 1 preferably comprises a gasoline engine for an automobile.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of an internal combustion engine 1 with an injection device 1 'according to a first embodiment of the present invention shown.
  • the first embodiment is substantially the same as in FIG FIG. 1
  • illustrated embodiment not according to the invention in contrast, the first injection valve 7 in the first embodiment, a greater distance from the first and second inlet openings 10, 20 than the distance between the second injection valve 12 and the first inlet opening 10 and the distance between the third injection valve
  • the second and third injection valves 12, 22 are located closer to the combustion chamber 2 than the first injection valve 7.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of an injection device 1 'according to a second embodiment of the present invention, wherein the second embodiment is identical to in FIG. 2 illustrated first embodiment.
  • the second and third injection valves 12, 22 are arranged on a lower side of the first and second intake passages 11, 21, ie on a wall of the first and second intake passages 11, 21 facing the combustion chamber 2.
  • the first injection valve 7 is arranged on an upper side of the intake pipe 9, ie on a wall facing away from the combustion chamber 2 wall of the intake manifold 9.
  • the first, second and third injection valve 7, 12, 22 respectively on the top or on the bottom of the intake pipe 9, the first intake port 11 and the second intake port 21 are arranged.
  • an arrangement in which the second and third injection valve 12, 22 are on the top of the first and second intake ports 11, 21 and the first injection valve 7 is disposed on the underside of the intake pipe 9, would be conceivable.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Einspritzvorrichtungen für Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2009 000 894 A1 ein Kraftstoffzufuhrsystem bekannt, welches zusammengesetzten Kraftstoff, der Alkohol und Benzin enthält, mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine zuführt. Der zusammengesetzte Kraftstoff enthält so genannten Hauptkraftstoff und Subkraftstoff, wobei der Subkraftstoff eine niedrigere Alkoholkonzentration als der Hauptkraftstoff aufweist. Der Subkraftstoff wird dabei jeweils mittels zweier getrennter erster Kraftstoffeinspritzventile oder mittels eines einzigen zweiten Kraftstoffeinspritzventils in Richtung eines ersten und zweiten Einlassventils eines jeden Zylinders eingespritzt. Der Hauptkraftstoff wird über die zwei getrennten erster Kraftstoffeinspritzventile in Richtung eines ersten und zweiten Einlassventils eines jeden Zylinders eingespritzt. Die zweien Einspritzventile dienen somit alternativ dem Einspritzen von Haupt- oder Subkraftstoff.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung, die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Einspritzvorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass einerseits eine Verringerung der Abgasemissionen und andererseits eine Erhöhung der Leistung der Brennkraftmaschine erzielt wird. Dies wird dadurch erzielt, dass der Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung, dessen Hauptbestandteil vorzugsweise Ethanol ist, ausschließlich durch die erste Einspritzanordnung eingespritzt wird, während der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzungen, dessen Hauptbestandteil vorzugsweise Benzin ist, ausschließlich durch die zwei separate Einspritzventile aufweisende zweite Einspritzanordnung eingespritzt wird. Es hat sich gezeigt, dass ein besonderes abgasarmer Betrieb der Brennkraftmaschine erzielt wird, wenn beim Starten und im Niedriglastbereich der Brennkraftanlage ein Betrieb mit Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung und bei erhöhter Last bzw. Volllast ein Betrieb mit Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung erfolgt. Bei Betrieb mit einem auf Ethanol basierenden Kraftstoff muss im Vergleich zum Betrieb mit einem auf Benzin basierenden Kraftstoff jedoch wesentlich mehr Kraftstoffvolumen durch das jeweilige Einspritzventil gefördert werden, so dass die Anforderungen an den verfügbaren Durchflussmengenbereich des jeweiligen Einspritzventils vergleichsweise hoch ist. Durch die Trennung der Einspritzventile in solche, die ausschließlich auf Ethanol basierenden Kraftstoff einspritzen, und in solche, die ausschließlich einen auf Benzin basierenden Kraftstoff einspritzen, werden in einfacher Weise die hohen Anforderungen an den verfügbaren Durchflussmengenbereich des jeweiligen Einspritzventils erreicht. Die Einspritzung von auf Benzin basierenden Kraftstoff wird insbesondere in der Start- und Warmlaufphase benötigt, da eine Einspritzung von auf Ethanol basierenden Kraftstoff zum Starten des Motors entweder überhaupt nicht möglich oder sehr ineffizient ist (abhängig von der Umgebungstemperatur). Die zweite Einspritzvorrichtung wird daher gerade in der Start- und Warmlaufphase betrieben und bei Volllast vorzugsweise gedrosselt oder ganz abgeschaltet. Durch die Verwendung zweier separater Einspritzventile, das zweite und dritte Einspritzventil, wird nun gerade in der Start- und Warmlaufphase eine homogene und stabile Durchbrennung des eingespritzten Kraftstoffs begünstigt, da jedes Einspritzventil nur eine verminderte Durchflussmenge von Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung einzuspritzen braucht, wodurch eine geringere Spraydichte erzielt wird, d.h. dass sich die charakteristische Tröpfchengröße, insbesondere der Sauter-Durchmesser, des zerstäubten Kraftstoffs in vorteilhafter Weise verringert, wodurch eine schnellere und stabilere Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum erzielt wird. Auf diese Weise werden Mängel im Verbrennungsverlauf, Zündaussetzer oder eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffgemischs vermieden und eine Reduktion der Rohabgase erzielt. Insbesondere in der Start- und Warmlaufphase, d.h. bei einem kalten, noch nicht (vollständig) konvertierenden Katalysator führt dies zu einer Verringerung der Abgasemissionen am Katalysatorausgang. Die bessere Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum führt ferner zu einer erhöhten Temperatur im Brennraum und somit auch zu heißeren Rohabgasen. Hierdurch wird in der Start- und Warmlaufphase der Katalysator schneller aufgewärmt und erreicht schneller die Anspringtemperatur, ab welcher der Katalysator effizient arbeitet. Durch die Verwendung der zwei separaten Einspritzventile fallen somit insgesamt deutlich weniger Rohabgase in der Start- und Warmlaufphase an. Vorteilhafterweise kann aufgrund der Rohabgasreduktion der Katalysator kleiner dimensioniert und ein Teil der für den Katalysator benötigten Edelmetalle eingespart werden. Die verbesserte Durchbrennung und die hierdurch erzielte höhere Laufruhe ermöglicht darüber hinaus eine geringere Leerlaufdrehzahl, welche wiederum die Abgasemissionen beim Betrieb mit Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung reduziert. Bei hoher Last wird die zweite Einspritzanordnung abgeschaltet und die Brennkraftmaschine wird mit dem auf Ethanol basierenden Kraftstoff gespeist, wodurch eine vergleichsweise hohe Leistung bei niedrigen Abgasemissionen und niedrigem Kraftstoffverbrauch erreicht wird. Das zweite und dritte Einspritzventil sind bevorzugt jeweils für einen niedrigeren Kraftstoffdurchflussbereich als das wenigstens eine erste Einspritzventil dimensioniert. Vorzugsweise weist das zweite und dritte Einspritzventil jeweils ein Einstrahlverhalten auf, das zweite Einspritzventil weist insbesondere nur eine einzige zweite Einspritzöffnung auf, während das das dritte Einspritzventil insbesondere nur eine einzige dritte Einspritzöffnung aufweist. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise einen Ottomotor mit Saugrohreinspritzung für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Automobil. Die Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise ferner mehr als einen Zylinder.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem zweiten Einspritzventil und der ersten Einlassöffnung und der Abstand zwischen dem dritten Einspritzventil und der zweiten Einlassöffnung jeweils kleiner als zwischen dem ersten Einspritzventil und der ersten oder zweiten Einlassöffnung sind. Der Abstand zwischen der zweiten Einspritzanordnung und dem Brennraum ist vergleichsweise klein gewählt, so dass sich die Flugzeiten des eingespritzten Kraftstoffs gemäß der zweiten Kraftstoffzusammensetzung verkürzen. Die Verdampfung des Kraftstoffs findet somit im Brennraum statt, wodurch der Brennraum gekühlt wird. Die Klopffestigkeit nimmt daher zu, so dass insbesondere in einer Volllastphase größere Leistungen abgefragt werden können. Diese Ausführungsform eignet sich daher zum Bau einer besonders leistungsfähigen Brennkraftmaschine.
  • Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem zweiten Einspritzventil und der ersten Einlassöffnung und der Abstand zwischen dem dritten Einspritzventil und der zweiten Einlassöffnung jeweils größer als zwischen dem ersten Einspritzventil und der ersten oder zweiten Einlassöffnung sind. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen der zweiten Einspritzanordnung und dem Brennraum vergleichsweise groß, so dass sich die Flugzeiten des eingespritzten Kraftstoffs gemäß der zweiten Kraftstoffzusammensetzung vergrößern. Dies hat den Vorteil, dass schon im Saugrohr eine effiziente Verdampfung der Tröpfchen einsetzt und so im Brennraum eine vergleichsweise stabile und heiße Verbrennung erzielt wird. Hierdurch wird insbesondere in der Start- und Wärmphase eine verbesserter Zündfähigkeit, sowie ein schnelleres Aufwärmen des Katalysators erzielt. Die Abgasemissionen werden somit verringert. Diese Ausführungsform eignet sich daher zum Bau einer besonders emissionsarmen Brennkraftmaschine.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung in einen in die erste Einlassöffnung mündenden ersten Ansaugkanal vorgesehen ist und dass das dritte Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung in einen in die zweite Einlassöffnung mündenden zweiten Ansaugkanal vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise sind das zweite und dritte Einspritzventil ferner getrennt voneinander angeordnet und insbesondere auch getrennt voneinander ansteuerbar. Es ist auch denkbar, dass jeweils nur eines der beiden Einspritzventile angesteuert wird.
  • In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Einspritzventil eine Zweistrahlcharakteristik und insbesondere zwei erste Einspritzöffnungen zum Einspritzen von Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung aufweist, so dass beim Einspritzen der Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung sowohl zur ersten, als auch zur zweiten Einlassöffnung gelangt. Vorzugsweise ist das erste Einspritzventil dabei in einem Ansaugrohr angeordnet, welches in den ersten und zweiten Ansaugkanal mündet. Alternativ ist natürlich auch denkbar, dass die erste Einspritzanordnung zwei erste Einspritzventile umfasst, welche jeweils eine Einstrahlcharakteristik aufweisen, d.h. beispielsweise jeweils nur eine erste Einspritzöffnung umfassen, und welche im Ansaugrohr oder im ersten und zweiten Ansaugkanal angeordnet sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite und das dritte Einspritzventil derart unterschiedlich dimensioniert sind, dass unterschiedliche Mengen von Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung durch das zweite und dritte Einspritzventil eingespritzt werden. Auf diese Weise kann der Kraftstoffzumessbereich erheblich vergrößert werden, beispielsweise wenn nur dasjenige der beiden Einspritzventile angesteuert wird, welches für eine kleinere Durchflussmenge dimensioniert ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine aufweisend eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung, wobei mit dem wenigstens einem ersten Einspritzventil Kraftstoff der ersten Zusammensetzung, welche einen höheren Ethanol-Anteil als die zweite Zusammensetzung umfasst, sowohl in Richtung der ersten Einlassöffnung, als auch in Richtung der zweiten Einlassöffnung eingespritzt wird, wobei mit dem ein Einstrahlverhalten aufweisendem zweiten Einspritzventil Kraftstoff der zweiten Zusammensetzung nur in Richtung der ersten Einlassöffnung und mit dem ein Einstrahlverhalten aufweisendem dritten Einspritzventil Kraftstoff der zweiten Zusammensetzung nur in Richtung der zweiten Einlassöffnung eingespritzt wird. In vorteilhafter Weise werden somit die oben genannten Vorteile der Abgasreduktion, sowie der Leistungssteigerung erzielt. Vorzugsweise wird mit dem wenigstens einem ersten Einspritzventil ausschließlich Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung und mit dem zweiten und dritten Einspritzventil jeweils ausschließlich Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung eingespritzt wird, so dass ein maximal großer verfügbarer Durchflussmengenbereich erreicht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einer Start oder Warmlaufphase der Brennkraftmaschine hauptsächlich Kraftstoff der zweiten Zusammensetzung durch das zweite und dritte Einspritzventil eingespritzt wird und dass in einer Lastphase hauptsächlich Kraftstoff der ersten Zusammensetzung durch das erste Einspritzventil eingespritzt wird. Auf diese Weise werden die Kraftstoffe der unterschiedlichen Zusammensetzungen für die jeweiligen Anforderungen mit maximaler Effizienz eingesetzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung der zweiten Einspritzanordnung unter höherem Druck zugeführt wird, als Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung der ersten Einspritzanordnung zugeführt wird, und/oder dass der Druck, unter welchem der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung der zweiten Einspritzanordnung zugeführt wird, in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Auf diese Weise sind unterschiedliche Drücke in den beiden Kraftstoffversorgungssystemen umsetzbar. Insbesondere ist ein höherer Druck im Kraftstoffversorgungssystem für den überwiegend benzinhaltigen Kraftstoff der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Vergleich zum Druck im Kraftstoffversorgungssystem für den überwiegend ethanolhaltigen Kraftstoff der ersten Kraftstoffzusammensetzung vorgesehen, wodurch insbesondere die Verbrennungscharakteristiken in der Startphase der Brennkraftmaschine verbessert werden können. Ferner ist eine betriebspunktabhängige Variation des Drucks von mindestens einem der beiden Kraftstoffversorgungssysteme denkbar.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
    • Figur 1 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform und
    • Figur 2 eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
    • Figur 3 zeigt eine schematische Schnittbilddarstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • In Figur 1 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Einspritzvorrichtung 1' in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche einen Zylinder aufweist, welcher einen Brennraum 2 umfasst und in welchem sich ein Kolben 2' bewegt. Die Wandung des Brennraums 2 weist eine erste und eine zweite Einlassöffnung 10, 20 auf, durch welche jeweils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 2 angesaugt wird und eine erste und zweite Auslassöffnung 30, 31, durch welche die Rohabgase des verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs aus der Brennkammer 2 in erste und zweite Auslasskanäle 32, 33 ausgestoßen werden. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein erstes Einlassventil 10' auf, welches zum Verschließen der ersten Einlassöffnung 10 vorgesehen ist und zwischen einem ersten Ansaugkanal 11 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner ein zweites Einlassventil 20' auf, welches zum Verschließen der zweiten Einlassöffnung 20 vorgesehen ist und zwischen einem zweiten Ansaugkanal 21 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Der erste und der zweite Ansaugkanal 11, 21 münden auf einer der Brennkammer 2 abgewandten Seite in ein gemeinsames Ansaugrohr 9, wobei durch eine im Ansaugrohr 9 angeordnete Drosselklappe (nicht dargestellt) eine dosierte Menge Frischluft durch das Ansaugrohr 9 in Richtung der Brennkammer 2 angesaugt wird. Die Einspritzvorrichtung 1'weist eine erste und eine zweite Einspritzanordnung 3, 5 auf, welche zum Einspritzen von Kraftstoff 4, 6 in Richtung der ersten und zweiten Einlassöffnungen 10, 20 bzw. in den ersten und zweiten Ansaugkanal 11, 21 vorgesehen sind. Die erste Einspritzanordnung 3 umfasst ein erstes Einspritzventil 7, welches zwei Teilstrahlen erzeugt. Das erste Einspritzventil 7 weist hierzu insbesondere zwei Einspritz-öffnungen 8 auf, durch welche Kraftstoff 4 einer ersten Kraftstoffzusammensetzung simultan sowohl in Richtung der ersten, als auch in Richtung der zweiten Einlassöffnung 10, 20 eingespritzt wird. Die erste Kraftstoffzusammensetzung weist insbesondere einen hohen Ethanol-Anteil auf, welche im Lastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 eine vergleichsweise effiziente Verbrennung, d.h. mit niedrigem Verbrauch, niedrigen Emissionen und hoher Leistung, gewährleistet. Da die Start- und Aufwärmphase mit einem auf Ethanol basierenden Kraftstoff sehr ineffizient ist, weist die Einspritzvorrichtung 1' noch die zweite Einspritzanordnung 5 auf, welche zum Einspritzen von Kraftstoff 6 einer zweiten Kraftstoffzusammensetzung vorgesehen ist. Die zweite Kraftstoffzusammensetzung weist einen geringeren oder keinen Ethanol-Anteil als die erste Kraftstoffzusammensetzung auf und umfasst insbesondere herkömmliches Benzin. Die zweite Einspritzanordnung 5 umfasst hierzu ein zweites und ein separates drittes Einspritzventil 12, 22. Das zweite Einspritzventil 12 weist eine Einstrahlcharakteristik auf, d.h. das zweite Einspritzventil 12 weist insbesondere nur eine einzige zweite Einspritzöffnung 14 auf, wodurch der Kraftstoff 6 der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Wesentlichen ausschließlich in Richtung der ersten Einlassöffnung 10 eingespritzt wird. Analog weist das dritte Einspritzventil 22 eine Einstrahlcharakteristik auf, d.h. das dritte Einspritzventil 22 weist vorzugsweise nur eine einzige dritte Einspritzöffnung 24 auf, wodurch der Kraftstoff 6 der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Wesentlichen ausschließlich in Richtung der zweiten Einlassöffnung 20 eingespritzt wird. Das erste, zweite und dritte Einspritzventil 7, 12, 22 sind getrennt voneinander ansteuerbar. Im vorliegenden Beispiel ist der Abstand zwischen dem zweiten Einlassventil 12 und der ersten Einlassöffnung 10, sowie zwischen dem dritten Einlassventil 22 und der zweiten Einlassöffnung 20 jeweils größer als zwischen dem ersten Einlassventil 7 und der ersten oder zweiten Einlassöffnung 10, 20. Die Flugzeit beim Einspritzen von Kraftstoff 6 der zweiten Kraftstoffzusammensetzung wird somit vergrößert, wodurch der eingespritzte Kraftstoff 6 schon im ersten und zweiten Ansaugkanal 11, 21 verdampft und sich somit eine bessere Zündfähigkeit im Brennraum 2 ergibt. Die Verbrennung findet somit bei höheren Temperaturen statt, so dass in einer Start- und Aufwärmphase der Brennkraftmaschine 1 ein nicht dargestellter nachgeschalteter Katalysator von den heißeren Abgasen schneller aufgeheizt wird und somit schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Das zweite und dritte Einspritzventil 12, 22 sind jeweils für einen niedrigeren Kraftstoffdurchflussbereich als das wenigstens eine erste Einspritzventil 7 dimensioniert, da beim Einspritzen von auf Ethanol basierenden Kraftstoff 4 im Vergleich zum Einspritzen von auf Benzin basierenden Kraftstoff 6 größere Mengen eingespritzt werden müssen. Das erste Einspritzventil 7 dient daher ausschließlich dem Einspritzen von Kraftstoff 4 der ersten Kraftstoffzusammensetzung, während von dem zweiten und dritten Einspritzventil 12, 22 jeweils ausschließlich Kraftstoff 6 der zweiten Kraftstoffzusammensetzung eingespritzt wird. Das Einspritzen von Kraftstoff 6 der zweiten Kraftstoffzusammensetzung erfolgt hauptsächlich in der Start- und Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 1. Das Einspritzen von Kraftstoff 4 der ersten Kraftstoffzusammensetzung erfolgt hingegen hauptsächlich in der Last- und Volllastphase. Vorzugsweise wird durch eine geeignete Steuerung das erste, zweite und dritte Einspritzventil 7, 12, 22 in Abhängigkeit der entsprechenden Betriebsparameter gesteuert, so dass das Verhältnis zwischen der eingespritzten Menge des Kraftstoffs 4 der ersten Kraftstoffzusammensetzung und der eingespritzten Menge des Kraftstoffs 6 der zweiten Kraftstoffzusammensetzung bedarfsgerecht und insbesondere kontinuierlich geregelt wird, um möglichst niedrige Emissionen bei ausreichender Leistung zu erzielen. Die Brennkraftmaschine 1 weist vorzugsweise eine Mehrzahl von solchen Zylindern auf. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst vorzugsweise einen Ottomotor für ein Automobil.
  • In Figur 2 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Einspritzvorrichtung 1' gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die erste Ausführungsform gleicht im Wesentlichen der in Figur 1 illustrierten nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei im Unterschied dazu das erste Einspritzventil 7 in der ersten Ausführungsform einen größeren Abstand zum ersten und zweiten Einlassöffnung 10, 20 als jeweils der Abstand zwischen dem zweiten Einspritzventil 12 und der ersten Einlassöffnung 10 bzw. der Abstand zwischen dem dritten Einspritzventil 22 und der zweiten Einlassöffnung 20. Mit anderen Worten: Das zweite und dritte Einspritzventil 12, 22 sind näher am Brennraum 2 angeordnet, als das erste Einspritzventil 7. Hierdurch verkürzt sich die Flugzeit für Kraftstoff 6 gemäß der zweiten Kraftstoffzusammensetzung, welcher vom zweiten und dritten Einspritzventil 12, 22 eingespritzt wird, wodurch der Kraftstoffs 6 im Brennraum 2 verdampft und der Brennraum 2 gekühlt wird. Im Volllastbetrieb ergibt sich hieraus eine höhere Klopffestigkeit.
  • In Figur 3 ist eine schematische Schnittbilddarstellung einer Einspritzvorrichtung 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform identisch der in Figur 2 illustrierten ersten Ausführungsform ist. Das zweite und dritte Einspritzventil 12, 22 sind auf einer Unterseite des ersten und zweiten Ansaugkanals 11, 21, d.h. auf einer dem Brennraum 2 zugewandten Wandung des ersten und zweiten Ansaugkanals 11, 21 angeordnet. Das erste Einspritzventil 7 ist auf einer Oberseite des Ansaugrohrs 9 angeordnet, d.h. auf einer dem Brennraum 2 abgewandten Wandung des Ansaugrohrs 9. Alternativ wäre aber auch denkbar, dass das erste, zweite und dritten Einspritzventil 7, 12, 22 jeweils auf der Oberseite oder auf der Unterseite des Ansaugrohrs 9, des ersten Ansaugkanals 11 und des zweiten Ansaugkanals 21 angeordnet sind. Auch eine Anordnung, in welcher das zweite und dritte Einspritzventil 12, 22 sind auf der Oberseite des ersten und zweiten Ansaugkanals 11, 21 und das erste Einspritzventil 7 ist auf der Unterseite des Ansaugrohrs 9 angeordnet sind, wäre denkbar.

Claims (10)

  1. Einspritzvorrichtung (1') für eine Brennkraftmaschine (1) aufweisend eine erste Einspritzanordnung (3) zum Einspritzen von Kraftstoff (4) einer ersten Kraftstoffzusammensetzung und eine zweite Einspritzanordnung (5) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) einer einen geringeren Ethanol-Anteil als die erste Kraftstoffzusammensetzung aufweisenden zweiten Kraftstoffzusammensetzung, wobei die erste Einspritzanordnung (3) wenigstens ein erstes Einspritzventil (7) zum Einspritzen von Kraftstoff (4) der ersten Kraftstoffzusammensetzung sowohl in Richtung einer ersten Einlassöffnung (10) eines Brennraums (2) der Brennkraftmaschine (1), als auch in Richtung einer zweiten Einlassöffnung (20) des Brennraums (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einspritzanordnung (5) ein zweites Einspritzventil (12) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Wesentlichen nur in Richtung der ersten Einlassöffnung (10) und ein separates drittes Einspritzventil (22) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Wesentlichen nur in Richtung der zweiten Einlassöffnung (20) aufweist und dass der Abstand zwischen dem zweiten Einspritzventil (12) und der ersten Einlassöffnung (10) und der Abstand zwischen dem dritten Einspritzventil (22) und der zweiten Einlassöffnung (20) jeweils kleiner als der Abstand zwischen dem wenigstens einen ersten Einspritzventil (7) und der ersten oder zweiten Einlassöffnung (10, 20) sind.
  2. Einspritzvorrichtung (1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einspritzventil (12) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung in einen in die erste Einlassöffnung (10) mündenden ersten Ansaugkanal (11) vorgesehen ist und dass das dritte Einspritzventil (22) zum Einspritzen von Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung in einen in die zweite Einlassöffnung (20) mündenden zweiten Ansaugkanal (21) vorgesehen ist.
  3. Einspritzvorrichtung (1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einspritzventil (7) eine Zweistrahlcharakteristik und insbesondere zwei erste Einspritzöffnungen (8) zum Einspritzen von Kraftstoff (4) der ersten Kraftstoffzusammensetzung aufweist und/oder dass das erste Einspritzventil (7) in einem Ansaugrohr (9) angeordnet ist, welches in den ersten und zweiten Ansaugkanal (11, 21) mündet.
  4. Einspritzvorrichtung (1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und das dritte Einspritzventil (12, 22) derart unterschiedlich dimensioniert sind, dass unterschiedliche Mengen von Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung durch das zweite und dritte Einspritzventil (12, 22) eingespritzt werden und/oder dass das zweite und dritte Einspritzventil (12, 22) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
  5. Einspritzvorrichtung (1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und dritte Einspritzventil (12, 22) jeweils für einen niedrigeren Kraftstoffdurchflussbereich als das wenigstens eine erste Einspritzventil (7) dimensioniert sind.
  6. Brennkraftmaschine (1) aufweisend eine Einspritzvorrichtung (1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Einspritzvorrichtung (1') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem wenigstens einen ersten Einspritzventil (7) Kraftstoff (4) der ersten Kraftstoffzusammensetzung, welche einen höheren Ethanol-Anteil als die zweite Kraftstoffzusammensetzung umfasst, sowohl in Richtung der ersten Einlassöffnung (10), als auch in Richtung der zweiten Einlassöffnung (20) eingespritzt wird, wobei mit dem zweiten Einspritzventil (12) Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Wesentlichen nur in Richtung der ersten Einlassöffnung (10) und mit dem dritten Einspritzventil (22) Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung im Wesentlichen nur in Richtung der zweiten Einlassöffnung (20) eingespritzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem wenigstens einem ersten Einspritzventil (7) ausschließlich Kraftstoff (4) der ersten Kraftstoffzusammensetzung eingespritzt wird und dass mit dem zweiten und dritten Einspritzventil (12, 22) jeweils ausschließlich Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung eingespritzt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Startphase der Brennkraftmaschine (1) hauptsächlich Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung mittels des zweiten und dritten Einspritzventils (12, 22) eingespritzt wird und dass in einer Lastphase hauptsächlich Kraftstoff (4) der ersten Kraftstoffzusammensetzung mittels des ersten Einspritzventils (7) eingespritzt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung der zweiten Einspritzanordnung (5) unter höherem Druck zugeführt wird, als Kraftstoff (4) der ersten Kraftstoffzusammensetzung der ersten Einspritzanordnung (3) zugeführt wird, und/oder dass der Druck, unter welchem der Kraftstoff (6) der zweiten Kraftstoffzusammensetzung der zweiten Einspritzanordnung (5) zugeführt wird, in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird.
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