DE3151293A1

DE3151293A1 - Kraftstoffeinspritzsystem fuer kraftstoffdirekteinspritzung bei brenn-kraftmaschinen

Info

Publication number: DE3151293A1
Application number: DE19813151293
Authority: DE
Inventors: Hermann Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Grieshaber; Hans-Joachim 7141 Schwieberdingen Siebert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE3278370D1; EP0083001B1; JPH0475391B2; EP0083001A1; US4549511A; JPS58117355A

Description

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1^.12.1981 Βδ/Jä

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftstoffdirekteinspritzung bei Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraft stoffeinspritzsystem gemäß der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einem solchen durch die DE-PS 27 21 628 bekannten System·wird über eine spezielle Kraftstoffeinspritzventil-Anordnung in Form eines Doppelventils die Voreinspritzmenge getrennt von der Hauptkraftstoffeinspritzmenge in die Brennräume einer Brennkraftmaschine eingebracht. Dabei wird die Voreinspritzmenge von einer separaten Pumpanordnung und die Haupteinspritzmenge von einer konventionellen Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert. Die Voreinspritzmenge ist bei der bekannten Einrichtung konstant, dagegen kann der Einspritzzeitpunkt, die Voreilung der Einspritzung gegenüber der Haupteinspritzung, last- und drehzahlabhängig gesteuert werden.

Es ist seit langem bekannt,, daß mit Hilfe einer kleineren, der Haupteinspritzung voreilenden Voreinspritzmenge die Geräuschentwicklung beim Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine vermindert werden kann. Das harte Verbrennungsgeräusch entsteht bei Anwendung der üblichen Einsprit zeinrichtungen für selbstzündende Brennkraftmaschinen dadurch, daß sich in der Zeit zwischen Einspritzbeginn und

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Verbrennungsbeginn eine bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge im Brennraum ansammelt. Diese Menge wird bei Beginn der Verbrennung dann plötzlich entflammt, was einen starken Anstieg des Brennraumdrucks bewirkt. Dieser sehr stelle Anstieg ergibt das bekannte nagelnde Geräusch. Andererseits hat der eingespritze Kraftstoff während der Zeit zwischen Einspritzbeginn und Verbrennungsbeginn Zeit, sich mit der im Brennraum rotierenden Luft gut zu vermischen. Aufgrund der optimalen Aufbereitung wird dadurch der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine vermindert.

Wird nun vor der Einspritzung der Haupteinspritzmenge eine kleine Kraftstoffeinspritzmenge voreingespritzt, so setzt die Verbrennung mit dieser kleinen Einspritzmenge "weich" ein. Bei Beginn der Haupteinspritzung ist dann die erforderliche Zündungstemperatur für den eintretenden Kraftstoff durch das Verbrennen der Voreinspritzmenge bereits erreicht. Die Haupteinspritzmenge kann dann ohne langen Zünderverzug in dem Maße, wie sie zur Einspritzung kommt, unmittelbar im Brennraum verbrannt werden. Der Verbrennungsdruckverlauf bei einer solchen Verbrennung ist xjeniger steil und die mit der Verbrennung verbundene Geräuschentwicklung gering. Dieses Einspritzverfahren hat jedoch den Nachteil, daß die
Haupteinspritzmenge nicht mehr die Möglichkeit hat,
sich vor der einsetzenden Verbrennung intensiv mit
der im Brennraum vorhandenen Luft zu mischen. Der
Kraftstoffverbrauch und auch.die Rauchentwicklung bei diesem Brennverfahren ist höher als bei dem zuvor beschriebenen.

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Auch bei der eingangs genannten bekannten Einrichtung, die eine Voreinspritzpumpe aufweist, wird die Minderung des Verbrennungsgeräusch mit dem Nachteil von höherem Verbrauch oder gar Rauchentwicklung erkauft.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Art der Einbringung der Voreinspritzmenge zahlreiche starke örtliche Turbulenzen im Brennraum entstehen, die zum Ze.itpunkt der Haupteinspritzung wirksam werden. Die Aufbereitung der Hauptkraft stoffeinspritzmenge wird durch diese örtlichen Turbulenzen wesentlich verbessert. Insbesondere wenn die Einspritzventile möglichst nahe dem Zentrum eines als Brennraummulde ausgebildeten Brennraumes angeordnet sind und die Einspritzstrahlen der Voreinspritzmenge einen Kegel bilden, der kleiner ist als der von den Strahlen der Haupteinspritzmenge gebildete Kegel, werden gezielt lokale Turbulenzen an den Stellen im Brennraum erzeugt, die zu Beginn der Haupteinspritzung von deren Fluidstrahleh berührt werden. Durch diese lokalen Turbulenzen im Bereich der Strahlen der Haupteinspritzung erfolgt eine schnelle intensive Mischung mit der Verbrennungsluft.

In vorteilhafter Weise wird insbesondere bei Kraftstoffeinsprit zsystemen mit zwei Kraftstoffeinspritzpumpert die Voreinspritzmenge und der Voreinspritzzeitpunkt last- und drehzahlabhängig gesteuert. Damit kann die Voreinspritzung im Hinblick auf Verbrennungsdruckanstieg und im Hinblick auf die Aufbereitung,der Hauptkraftstoffeinspritzmenge optimiert werden.

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Vorteilhafterweise werden auch die Einspritzgeometrie. und der Kraftstoff druck so aufeinander abgestimmt, <ääß der Kraftstoff im Brennraum direkt zerstäubt wird» Damit wird, eine Kraftstoff benetzung der Brennraumwände v@rmied.an und erreicht, daß der Kraftstoff während des Arbeitstaktes voll» ständig verbrannt wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der !£ θ leimung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die schematische An" Ordnung des erfindungsgemäßen Einspritzsystems mit einem Doppeleinspritzventil und jeweils einer Einspritzpumpe für die Haupteinspritzung und die Voreinspritzung, Fig. 2 zeigt die Anordnung des Doppeleinspritzventils und der Strahl™ richtungen in der Seitenansicht und Fig. 3 die Einspritzstrahlverteilung in der Draufsicht,

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 darge·" stellt und ein einem Zylinder der Brennkraftmaschine züge™ ordnetes Doppeleinspritzventil 2. Solche Einspritzventil® sind bekannt, z. B. durch die DE-OS 29 ^3 895 s und brauchen hier nicht näher beschrieben werden. Der Ventilkörper 3 weist eine erste Austrittsstelle k für die Voreinspritzmenge und eine zweite Austrittsstelle 5 für"die Haupteinspritzmenge auf.

Das Doppeleinspritzventil wird von einer ersten Kraftstoffeinspritzpumpe β und von einer zweiten Kraftstoffeinspritzpumpe 7 mit Kraftstoff versorgt. Die erste Kraftstoffein-

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spritzpumpe führt den einzelnen Doppelventilen der Brennkraftmaschine über Voreinspritzleitungen 8 den Kraftstoff zu und die zweite Kraft stoffeinspritzpumpe 7 über Haupteinsprit zleitungen 9 die Hauptkraftstoffeinspritzmenge zu. Die zweite Kraftstoffeinspritzpumpe 7 für die Haupteinspritzung kann z. B. als Reiheneinspritzpumpe ausgebildet sein und wird über eine Spritzverstellvorrichtung 11 mit dem Antrieb der Brennkraftmaschine verbunden. Mit der zweiten Kraftstoffeinspritzpumpe 7 ist weiterhin die erste Kraftstoffeinspritzpumpe 6 gekoppelt, die z. B. eine Verteilereinspritzpumpe sein kann mit einem integrierten Spritzversteller 12.

Mit der beschriebenen Anordnung können sowohl die Haupteinsprit zmenge als auch die Voreinspritzmenge zeitlich als auch mengenmäßig exakt gesteuert werden. Insbesondere werden die Voreinspritzmenge und der Spritzzeitpunkt der Voreinspritzmenge in an sich bekannter Weise last- und drehzahlabhängig gesteuert, wobei Menge und Spritzzeitpunkt auf die Haupteinspritzmenge und ihre zeitliche Steuerung abgestimmt sind. Es können Verhältnisse .pro Einspritzmenge zu Einspritzmenge von 1:1,3 bis 1:28 eingestellt werden. Der Spritzbeginn der Voreinspritzmenge kann 10 bis 20 Kurbelwinkel vor dem Spritzbeginn der Haupteinspritzmenge gelegt werden.

Erfindungsgemäß wird die Voreinspritzmenge durch mehrere Spritzöffnungen in den Brennraum eingespritzt.Fig. 2 zeigt einen solchen vorzugsweise muldenförmigen Brennraum \h, der innerhalb eines Kolbens 15 angeordnet ist. Das Doppeleinspritzventil 2 ragt dabei schräg durch den Zylinderkopf in den Brennraum hinein, an einer Stelle die möglichst nahe dem Zentrum Z des Brennraums liegt.

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Durch die Konstruktion des Doppeleinspritzventils liegen auch die Austrittsstellen der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge sehr dicht beeinander. Alternativ können natürlich auch andere Ausführungsformen von Doppeleinsprit zventilen verwendet werden, wobei statt der Ne"benordnung auch eine koaxiale Anordnung denkbar ist.

An der ersten Austrittsstelle k weist das Doppeleinspritzventil in der beispielhaften Ausgestaltung vier Einspritzöffnungen 16 auf, die zusammen einen Kegelwinkel von O\ λ bilden. An der zweiten Austrittsstelle 5 weist das Doppeleinspritzventil ebenfalls vier Einspritzöffnungen 17 auf, die zusammen einen kegelspitzen Winkel von (X. einschließen. Der Spitzenkegelwinkel ^X. 2 ist dabei größer als der Spitzenkegelwinkel (X_ 1 · Weiterhin ist die Öffnungsfläche der Einspritzöffnungen 16 kleiner als die Öffnungsfläche der Einspritzöffnungen 17 in ent~ sprechender Anpassung der dort einzuspritzenden Kraftstoffmengen, um eine möglichst gute Zerstäubung des eingebrachten Kraftstoffs zu erzielen» Die Einspritzöffnungen 16 und 17 sind so ausgerichtet, daß der einzuspritzende Kraftstoff gleichmäßig auf die Fläche des Brennraums verteilt wird, wie Fig. 3 zu entnehmen ist. Die Spritzriehtung der Voreinspritzstrahlen ist in der Projektion zum Brennraum 1 ^ so auszurichten, daß sie in Bewegungsrichtung des gerichteten Luftdralls im Brennraum der Spritzrichtung der Haupteinsprit zstrahlen vorgelagert sind.

Durch die beschriebenen Maßnahmen wird mit Hilfe der Yoreinspritzung das Verbrennungsgeräusch vermindert und trotzdem eine sehr gute Aufbereitung des eingespritzten Kraftstoffs sowohl bei der Voreinspritzmenge als auch bei der Haupteinspritzmenge verbunden mit günstigen Ergebniskriterien wie spezifischem Kraftstoffverbrauch, Schwarzrauch und Abgasemissionen erzielt. Die Aufbereitung kann durch

entsprechende Anpassung von Einspritzgeometrie, ζ. B- Einspritzöffnungsflache und Einspritzdruck optimiert werden. Die Einspritzstrahlen sollen insbesondere die verdichtete rotierende Luft (aufgrund der Zentrifugalkraft) in der Brennraumwandnähe ausreichend mit Kraftstoff versorgen. Durch die exakte Steuerung wird bewirkt, daß Stärke und Zeitpunkt von zahlreichen lokalen auch durch die Vorverbrennung entstandener Wirbel (Sekundärwirbel) einen Ersatz darstellen für die der Haupteinspritzung weggenommene Mischungsdauer während des sonst üblichen Zündverzuges.

So wird "weiche" Verbrennung erzielt, ohne auf gute Motorergebnisse durch gute Mischung von Kraftstoff mit Luft ver zichten zu müssen.

entsprechender Anpassung und bei Ausnützung der dynamischen Einflüsse ist es möglich, das beschriebene Kraftstoff einspritzprinzip auch mit nur einer Kraftstoffeinspritzpumpe zu betreiben, auf eine gesonderte Steuereinrichtung zur Bestimmung der Voreinspritzmenge und zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes der Voreinspritzmenge kann jedoch nicht verzichtet. werden. jj~

Claims

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U. 12. 198 1

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

T.)Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftstoffdirekteinnipritzung in Brennräume einer Brennkraftmaschine mit je einem Einspritzventil, durch das eine Voreinspritzmenge in den jeweiligen Brennraum eingespritzt wird und einem Einspritzventil, durch das die Haupteinspritzmenge in den Brennraum eingespritzt wird, wobei die Austrittsstelle des Kraftstoffs der jeweils beiden Kraftstoffeinspritzventile dicht beieinander liegt und mit wenigstens einer Kraftstoffeinspritzpumpe zur Kraftstoffversorgung der Einspritzventile, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil für die Voreinspritzmenge und das Einspritzventil für die Haupteinspritzmenge jeweils mehrere Einspritzöffnungen (16, 17) aufweisen und die Öffnungsfläche der Einspritzöffnungen (16) für die Voreinspritzmenge jeweils kleiner ist als die der Einspritzöffnungen (17) für die Haupteinspritzmenge.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum eine Brennraummulde (lh) aufweist und die Einspritzventile (2) möglichst nahe dem Zentrum (Z) des Brennraums angeordnet sind.

3« Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzstrahlen der Voreinspritzung

einen Kegel bilden, dessen Spitzkegelwinkel ( £\. 1) kleiner ist als der Spitzenkegelwinkel ( ÖC 2) der Einspritzstrahlen der Haupteinspritzmenge.

k. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt für die Einspritzung der Voreinspritzmenge last- und drehzahl, abhängig gesteuert wird.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt für die Einspritzung der Voreinspritzmenge drehzahlabhängig gesteuert wird.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3s dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt für die Einspritzung der Voreinspritzmenge lastabhängig gesteuert wird.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche k,

5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzmenge drehzahl- und lastabhängig gesteuert wird.

8.·Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche h, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzmenge drehzahlabhängig gesteuert wird.

9· Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche h, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Voreinspritzme"nge lastabhängig gesteuert wird.

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritz-

druck und die Einspritzgeometrie der Einspritzdüsen so aufeinander abgestimmt sind, daß der Kraftstoff im Brennraum direkt zerstäubt wird.g£