DE19639172C2 - Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren für eine Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Direkteinspritzver­ fahren für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbe­ griff von Patenanspruch 1.

Die US-PS 2,356,627 beschreibt ein derartiges Verfahren, bei dem eine lastabhängig vorgegebene Kraftstoffmenge unterteilt in eine Vor- und Haupteinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingebracht wird. Der Beginn der Vorein­ spritzung erfolgt dabei etwa 14° Kurbelwinkel vor dem Oberen Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) und dauert ungefähr bis 10° vor Zünd-OT. Nach einer Pause von ca. 9°-10° Kurbelwinkel beginnt ca. 1° vor Zünd-OT schließlich die Haupteinspritzung. Die Voreinspritzmenge kann kleiner, gleich oder auch größer als die Haupteinspritzmenge sein. Die Voreinspritzmenge und der Abstand zwischen dem Ende der Voreinspritzung und dem Be­ ginn der Haupteinspritzung ist dabei so gewählt, daß der Haupteinspritzstrahl im Brennraum noch eine offene Flamme von der Voreinspritzmenge, die gerade umgesetzt wird, vorfindet.

Dieses bekannte Verfahren der Kraftstoffeinspritzung vermin­ dert zwar den Druckgradienten beim Verbrennen der Hauptein­ spritzmenge und damit auch das Verbrennungsgeräusch, jedoch kommt es infolge der offenen Flamme im Brennraum sehr leicht zum Cracken einzelner mit der Haupteinspritzmenge eingebrach­ ter Kraftstoffmoleküle. Damit ist eine erhöhte Rußemission gegeben, so daß eine fest vorgegebene Schwärzungszahl schon bei einem relativ niederen effektiven Mitteldruck erreicht wird, was letztlich zu Lasten der Brennkraftmaschinenleistung geht.

Diese genannten Nachteile treten unter Beibehaltung der ge­ nannten Winkelmarken für die Vor- und Haupteinspritzung in verstärktem Maße in höheren Drehzahlbereichen auf, denn mit steigender Drehzahl sinkt die für die Gemischaufbereitung zur Verfügung stehende Zeit, so daß die Verbrennung, insbesondere die Verbrennung der Haupteinspritzmenge sehr weit in den Ex­ pansionstakt verschoben wird, was zu erheblichen Wirkungs­ gradverlusten und damit zu erhöhtem spezifischen Kraftstoff­ verbrauch führt.

Aus der DE 37 35 169 C2 ist ebenfalls ein Verfahren zur Kraftstoff-Direkteinspritzung für eine Dieselbrennkraftma­ schine bekannt, bei dem eine vorgegebene Kraftstoffmenge in zwei voneinander abgesetzten Einspritzungen als Vor- und Haupteinspritzmenge während der Verdichtungsphase mit unter­ schiedlichen Abständen vom oberen Totpunkt in einen Brennraum eingebracht wird. Die Voreinspritzung erfolgt im letzten Sechstel der Verdichtungsphase mit einer im Verhältnis zur Haupteinspritzmenge geringeren Voreinspritzmenge. Anschlie­ ßend beginnt mit geringem Abstand auf das Voreinspritzende die Haupteinspritzung. Diese erfolgt bei demjenigen Kurbel­ winkel, bei welchem die gesamte Voreinspritzmenge an Kraft­ stoff vollständig umgesetzt wird.

In der US-4,621,599 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Otto-Brennkraftmaschine beschrieben, die mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitet. Um bei allen Be­ triebsbereichen der Otto-Brennkraftmaschine in der Nähe der Zündkerze ein optimales Kraftstoff-/Luftgemisch innerhalb ei­ ner kurzen Zeit, während der der Zündfunken aufrecht erhalten bleibt bereitzustellen, wird vorgeschlagen, unter bestimmten Umständen, d. h. bei bestimmten Lastpunkten der Otto- Brennkraftmaschine den Einspritzvorgang des Kraftstoffes in drei Teilvorgänge aufzuspalten. Als erstes wird Kraftstoff mittels eines ersten Haupteinspritzimpulses eingespritzt und bestimmte Kurbelwinkel später eine Hilfseinspritzung ausge­ führt und sehr kurz nach Beendigung dieses Hilfseinspritzim­ pulses ein zweiter Haupteinspritzimpuls ausgelöst. Diese Auf­ teilung in drei Einspritzvorgänge gilt nur für Volllastbe­ trieb und oberen Lastbetrieb. Bei mittlerer Belastung bzw. leichter Belastung wird der Einspritzvorgang nur in zwei Vor­ gänge aufgeteilt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach dem Ober­ begriff des Hauptanspruches beschriebenes Kraftstoffein­ spritzverfahren anzugeben, das einen möglichst guten Druck- und Verbrennungsablauf im Zylinder gewährleistet und damit die Stickoxid- und Geräuschemissionen verringert sind.

Außerdem soll mit dem Verfahren eine Verringerung der Schwär­ zungszahl erzielt und Voraussetzungen für eine vorteilhafte Abgasnachbehandlung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbil­ dungen dieses Verfahrens.

Durch Aufteilen der Kraftstoffeinspritzung in mehrere, in ih­ rer Dauer und/oder Intensität unterschiedliche Phasen wird ein optimaler Verbrennungsablauf erzielt.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der einzigen Zeich­ nungsfigur in Form eines Impulsdiagrammes näher beschrieben. Auf der Abszisse 1 ist die Drehung der Kurbelwelle einer nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitenden Dieselbrennkraftma­ schine in °Kurbelwinkel (°KW) aufgetragen. Mit dem Bezugszei­ chen i auf der Ordinate 2 sind die Ansteuerimpulse für die Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine bezeichnet.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel teilt sich die Kraft­ stoffeinspritzung in drei Phasen auf. Die erste Phase besteht aus einem einzelnen kurzen Einspritzimpuls. Danach folgt ei­ ne, bezogen auf die erste Phase länger dauernde Einspritzpha­ se (2. Phase), die aus einem größeren oder wie dargestellt, aus mehreren Einspritzimpulsen (n-Impulse, n ≧ 1) besteht. An­ schließend erstreckt sich eine dritte Phase, die wie die zweite Phase ebenfalls aus einem oder mehreren Einspritzim­ pulsen (m-Impulse, m ≧ 1) besteht. Der obere Totpunkt bei Zün­ dung ist auf der Abszisse mit Zünd-OT bezeichnet.

Der Beginn der ersten Einspritzphase liegt je nach Lastpunkt der Brennkraftmaschine im Bereich zwischen 5°KW und 40°KW vor Zünd-OT. Die Lage dieses Einspritzbeginns ist im Diagramm mit α1 bezeichnet. Die Differenz zwischen dem Ende der ersten Phase und dem Beginn der zweiten Phase kann sich im Bereich von 40°KW bis 0°KW erstrecken, d. h. die beiden Phasen können ineinanderlaufen. Die erste Phase der Einspritzung dient da­ zu, einen möglichst guten Druckverlauf bzw. Verbrennungsver­ lauf im Zylinder der Brennkraftmaschine zu erhalten und damit die Stickoxid- und die Geräuschemissionen zu verringern.

Der Beginn der zweiten Einspritzphase liegt je nach Lastpunkt der Brennkraftmaschine zwischen 5°KW nach Zünd-OT bis 15°KW vor Zünd-OT. Die Lage des Einspritzbeginns ist im Diagramm mit α2 bezeichnet. Die maximale Frequenz der auftretenden Einspritzimpulse (n-Impulse) in der zweiten Phase ist durch die Ansteuerung der Injektoren, also der Einspritzdüsen be­ grenzt. Die Aufteilung der zweiten Phase in mehrere Ein­ spritzphasen mit hohem Einspritzdruck hat eine gute Kraft­ stoffaufbereitung zur Folge. Dies bedeutet eine Verringerung der Schwärzungszahl.

Der Beginn der dritten Phase (m-Impulse) liegt im Bereich von 5°KW bis 330°KW nach Zünd-OT und ist im wesentlichen für eine Abgasnachbehandlung mit Katalysatoren vorteilhaft. Die damit erzeugten Kohlenwasserstoffe dienen im Katalysator als Re­ duktionsmittel und gleichzeitig wird die Abgastemperatur er­ höht. Die Lage des Einspritzbeginns der dritten Phase ist im Diagramm mit α3 bezeichnet.

Die bei einer ausgewählten Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmengen bei der ersten bzw. dritten Phase liegen beispielsweise bei 0,5 bis 15 mg/Hub. Dies entspricht je nach Lastpunkt der Brennkraftmaschine 1 bis 20% der eingespritzten Kraftstoffmenge während der zweiten Phase.

Claims (9)

1. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren für eine Dieselbrenn­ kraftmaschine, bei dem eine lastabhängig vorgegebene Kraft­ stoffmenge mittels einer Einspritzvorrichtung in zwei Ab­ schnitte aufgeteilt mit unterschiedlichen Abständen zum Obe­ ren Totpunkt bei Zündung und mit unterschiedlichen Kraft­ stoffmengen in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einge­ bracht wird und die während des ersten Abschnittes einge­ spritzte Kraftstoffmenge gegenüber der während des zweiten Abschnittes eingespritzte Kraftstoffmenge relativ klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß die während des zweiten Abschnittes einzubringende Kraft­ stoffmenge in mindestens zwei Phasen (2. Phase, 3. Phase) auf­ geteilt ist, von denen jede aus mindestens einem Einspritzim­ puls (n, m) besteht und die Impulsdauer der Einspritzimpulse der 2. Phase größer ist als die Impulsdauer der Einspritzim­ pulse der 3. Phase.

2. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die 2. Phase aus einer Mehrzahl (n) von Einspritzimpulsen besteht, die gleiche Impulsdauern auf­ weisen.

3. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die 2. Phase aus einer Mehrzahl (n) von Einspritzimpulsen besteht, die unterschiedliche Impuls­ dauern aufweisen.

4. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die 3. Phase aus einer Mehrzahl (m) von Einspritzimpulsen besteht, die gleiche Impulsdauern auf­ weisen.

5. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die 3. Phase aus einer Mehrzahl (m) von Einspritzimpulsen besteht, die unterschiedliche Impuls­ dauern aufweisen.

6. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Beginn der Einspritzung für den ersten Abschnitt (1. Phase) abhängig von der Last der Brenn­ kraftmaschine im Bereich zwischen 5°KW und 40°KW vor dem Obe­ ren Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.

7. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Ende der 1. Phase und dem Beginn der 2. Phase im Bereich zwischen 40°KW und 0°KW vor dem Oberen Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.

8. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet daß der Beginn der Einspritzung für die 2. Phase abhängig von der Last der Brennkraftmaschine im Be­ reich zwischen 5°KW nach und bis 15°KW vor dem Oberen Tot­ punkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.

9. Kraftstoff-Direkteinspritzverfahren nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Beginn der Einspritzung für die 3. Phase abhängig von der Last der Brennkraftmaschine im Be­ reich zwischen 5°KW und bis 330°KW nach dem Oberen Totpunkt bei Zündung (Zünd-OT) liegt.