WO2008025728A2

WO2008025728A2 - Verfahren zur reduzierung von ablagerungen innerhalb eines spritzlochs einer kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: WO2008025728A2
Application number: PCT/EP2007/058794
Authority: WO
Inventors: Andreas Weigand; Oliver Kastner; Frank Atzler
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2008-03-06
Also published as: ATE483908T1; EP2013470A2; DE502007005272D1; EP2013470B1; WO2008025728A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen innerhalb von Spritzlöchern. Hierzu wird ein Injektor in der sogenannten Sitzdrosselung betrieben. Dadurch wird es ermöglicht, dass verschiedene Reinigungssequenzen zu definierten Zeitpunkten bei Sitzdrosselbetrieb und/oder zu bestimmten Betriebspunkten durchgeführt werden können.

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.