DE69016029T2

DE69016029T2 - Verfahren zur entfernung der ablagerungen von injektordüsen.

Info

Publication number: DE69016029T2
Application number: DE69016029T
Authority: DE
Inventors: Darren Andrew Doubleview W.A. 6018 Smith
Original assignee: ORBITAL ENG AUSTRALIA
Current assignee: ORBITAL ENG AUSTRALIA
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-04-20
Also published as: US5195482A; ATE117051T1; ES2067026T3; DE69016029D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem zur direkten Einspritzung in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine durch eine ventilgesteuerte Öffnung.
Die Eigenschaften des von einer Düse in eine Verbrennungskammer strömenden Sprühstrahls von Kraftstofftröpfchen haben wesentliche Auswirkungen auf die Effizienz der Verbrennung des Kraftstoffs, was wiederum Auswirkungen auf die Stabilität des Betriebs des Motors, auf die Motorkraftstoffeffizienz und auf die Zusammensetzung der Motorabgase hat. Um diese Auswirkungen, insbesondere bei einem Motor mit Kerzenzündung, zu optimieren, beinhalten die gewünschten Eigenschaften des Spritzmusters des von einer Düse strömenden Kraftstoffs geringe Ausmaße der Kraftstofftröpfchen, ein gesteuertes Eindringen des Kraftstoffsprühstrahls in die Kammer und, wenigstens bei geringen Belastungen des Motors, ein relativ begrenzte, entzündbare Wolke aus Kraftstoffdampf in der Nähe der Zündkerze.
Einige bekannte Einspritzdüsen, die für die direkte Zufuhr von Kraftstoff in die Verbrennungskammer des Motors verwendet werden, sind vom Typ einer Einschiebersteuerung, von denen der Kraftstoff üblicherweise in der Form eines konischen Sprühstrahls ausströmt, wobei die Kraftstofftröpfchen eine im allgemeinen kontinuierliche konische Wand bilden, die sich von dem äußeren Rand der Einschiebersteuerung erstreckt.
Die Eigenschaften der Form des Kraftstoffsprühstrahls hängen von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Geometrie der Öffnung und des Ventils, die die Düse bilden, insbesondere den Oberflächen der Öffnung und des Ventils direkt nach dem Bereich, an dem die Öffnung und das Ventil zur Abdichtung in Eingriff stehen, wenn die Düse geschlossen ist. Ist eimnal eine Düsengeometrie ausgewählt, die das benötigte Spritzmuster ergibt, können relativ geringe Abweichungen von dieser Geometrie die Funktion des Motors negativ beeinflussen. Insbesondere die Ansammlung von festen Verbrennungsprodukten auf den Oberflächen, über die der Kraftstoff fließt, wirkt sich nachteilig auf das gewünschte Spritzmuster und die korrekte Funktion der Düse aus.
Wenn Ansammlungen auftreten, treten sie normalerweise nicht gleichmäßig entlang des peripheren Ausdehnung der Oberfläche der Düse auf, über die der Kraftstoff fließt, wodurch die Symmetrie des Kraftstoffsprühstrahls schwer gestört wird.
Es ist bekannt, daß Ansammlungen, wie Kohlenstoffrückstände, auf der Oberfläche der Einspritzdüse entfernt oder ihre Bildung kontrolliert werden können, wenn die relevante Oberfläche der Düse Temperaturbedingungen ausgesetzt ist, die ausreichen, die Ansammlungen von Verunreinigungen wie Kohlenstoff abzubrennen. Die Kühlwirkung der benachbarten Wände der Verbrennungskammer, welche häufig wasser- oder luftgekühlt sind, und die Kühlwirkung des durch die Düse zugeführten Kraftstoffs ist jedoch so, daß unter normalen Betriebsbedingungen die relevanten Oberflächen der Düse keine ausreichend hohe Temperatur erreichen, um ein Entfernen der Verunreinigungen zu bewirken, die sich auf der Oberfläche der Düse ansammeln können.
Es gab bereits Vorschläge den Zuführbereich der Düse so auszubilden, daß dessen Wärmeflußweg beschränkt wird, mit der Absicht, die Temperatur der relevanten Oberflächen zu erhöhen, an denen sich Verunreinigungen ansammeln können. Ein typisches Beispiel derartiger Düsenkonstruktionen kann in dem US Patent 4,817,873 gefunden werden. Diese Vorschläge hatten unterschiedlichen Erfolg, aber sie haben das große problem, daß die Lebensdauer der Düse deutlich verringert ist, als Folge davon, daß die relevanten Oberflächen für lange Zeit auf den höheren Temperaturen gehalten werden, die für das Entfernen der Verunreinigungen notwendig sind.
Das US Patent 4,395,025 offenbart eine Verbrennungskraftmaschine mit Direkt-Einspritzung, wobei eine mechanisch betriebene Einspritzdüse zyklisch geöffnet und geschlossen wird, um die Zufuhr von Kraftstoff zur Verbrennungskammer zu ermöglichen. Die Zufuhr von Kraftstoff wird durch eine Zufuhr von Verbrennungsgasen aus der Verbrennungskammer bewirkt, die unter Hochdruck in eine Kraftstoffkammer in dem Einspritzkörper geleitet wird, wobei die Einspritzdüse nach Beendigung der Einspritzung des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer für eine ausgedehnte Zeitspanne offen gehalten wird. Nach dem ersten Öffnen der Einspritzdüse liegt der Gasdruck in der Kraftstoffkammer ausreichend über dem Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer, um den dampfförmigen Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer in die Verbrennungskammer ausströmen zu lassen. Darauf folgt die Zündung und Verbrennung des Kraftstoffs und die Einspritzdüse wird deutlich bis in die Verbrennungsperiode in der offenen Position gehalten, so daß heiße Gase von hohem Druck, die durch Verbrennung erzeugt werden, in die Kraftstoffkammer fließen und anschließend bei Schließen der Einspritzdüse darin gehalten werden. Die gehaltenen heißen Gase weisen einen Druck auf, der ausreicht, eine Kraftstoffeinspritzung während des nächsten Motorzyklusses zu bewirken, wobei eine derartige Einspritzung darauf abgestimmt ist, an einem Punkt des Kompressionshubs aufzutreten, wenn der Druck in der Verbrennungskammer unter dem Druck des in der Kraftstoffkammer gehaltenen Gases liegt.
Bei diesem Vorschlag wird der Kraftstoffkammer bei jedem Zyklus des Motors eine Ladung Verbrennungsgas hoher Temperatur und hohen Drucks zugeführt und Kraftstoff wird konstant durch eine permanent offene Dosieröffnung in die Einspritzkammer zugeführt. Die Dosierung des Kraftstoffs wird durch die festen Maße der Öffnung und eine Pumpe mit variablem Druck bewirkt, die Kraftstoff dieser Öffnung zuführt.
Es ist zu beachten, daß der Vorschlag in dem US-Patent 4,359,025 nicht das Problem der Ansammlung von Ablagerungen in der Einspritzdüse, welche das Muster des Sprühstrahls des der Düse zugeführten Kraftstoffs negativ beeinflussen, behandelt und er primär die Mischung des Kraftstoffs mit Gas hoher Temperatur betrifft, um die Verdampfung des Kraftstoffs vor der Zuführung durch die Düse in die Verbrennungskammer zu bewirken. Diese Offenbarung enthält keine Diskussion des Problems, das durch die Ansammlung von festen Verunreinigungen in der Düse entsteht, oder eine Lösung dieses Problems. Aus Erfahrung wird angenommen, daß die Hochtemperaturbedingungen in der Kraftstoffkammer, die durch die Anwesenheit von Verbrennungsprodukten darin zusammen mit unverbranntem Kraftstoff erzeugt werden, zur Erzeugung von festen und/oder gummiartigen Ablagerungen führen würde, welche den Betrieb des Einspritzers ernsthaft beeinträchtigen würden. Insbesondere wird angenommen, daß gummiartige Ablagerungen in der oberen Druckkammer erzeugt werden würden, wo ein Kolben betrieben wird, um die Schließung der Einspritzdüse zu bewirken. Dies könnte zu einem Festhängen des Kolbens führen und damit möglicherweise zu einem unwirksamen Verschließen der Einspritzdüse. Weiter wird angenommen, daß eine Ansammlung von Ablagerungen in der Kraftstoffdosieröffnung und im von dort wegführenden Durchlass auftreten könnte, was die Genauigkeit des Kraftstoffdosiersystems negativ beeinflussen würde.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffdirekteinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, um die Ansammlung von Verunreinigungen auf jenen Flächen zu kontrollieren, die das Muster des Sprühstrahls des durch die Einspritzdüse dem Motor zugeführten Kraftstoffs beeinflussen würden.
Im Hinblick auf diese Aufgabe wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, wobei Kraftstoff zyklisch durch eine selektiv zu öffnende Düse direkt in eine Motorverbrennungskammer eingespritzt wird und wobei das Verfahren das Steuern des Betriebs der Düse beinhaltet, um sie periodisch offen zu halten, während der Düse kein Kraftstoff zugeführt oder durch sie hindurchgeführt wird und während eines Abschnitts mindestens eines Motorzyklusses, wenn das Gas in der Verbrennungskammer eine derartige Temperatur und einen derartigen Druck aufweist, daß Gas von der Verbrennungskammer in die offene Düse eintritt, um ihre Temperatur ausreichend zu erhöhen und darauf Ablagerungen von Verunreinigungen zu verbrennen.
Es wird normalerweise angenommen, daß Kohlenstoff und andere Ablagerungen von Verunreinigungen auf der Oberfläche von Einspritzdüsen bei Temperaturen von über etwa 400ºC weggebrannt werden, jedoch wird die tatsächliche Temperatur, die benötigt wird, um die Verunreinigungen zu entfernen, von der Natur der Verunreinigungen einschließlich ihrer Zusammensetzung und physischen Form abhängen. Gummiartige Ablagerungen und fein verteilte Teilchen werden sich bei niedrigeren Temperaturen als harte verfestigte Teilchen entzünden. Die Natur der Verunreinigungen steht teilweise mit der Länge der Zeitspanne des Motorbetriebs zwischen aufeinanderfolgenden Vorgängen der Düsenreinigung in Beziehung.
Auch muß darauf geachtet werden, daß sichergestellt ist, daß die relevanten Oberflächen der Düse nicht auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche die physikalischen Eigenschaften des Materials, aus dem die Bestandteile der Düse hergestellt sind, negativ beeinflußt. Üblicherweise sind derartige Düsenbestandteile aus wärmebehandeltem, rostfreiem Stahl hergestellt und es muß sichergestellt werden, daß derartige Bestandteile nicht auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche den rostfreien Stahl blau anlaufen lassen oder erweichen würde, insbesondere auf den Oberflächen, die das Ventil und den Ventilsitz der Düse bilden.
Es hat sich herausgestellt, daß eine effektive Reinigung der Düsenmittel mit Temperaturen der Verbrennungsgase in dem Bereich von etwa 4500 bis 700ºC, bevorzugt in dem Bereich von etwa 500ºC bis 600ºC, erreicht werden kann.
Geeigneterweise werden die Düsenmittel für eine Zeitspanne in jedem einer Mehrzahl von Motorzyklen, bevorzugt von aufeinanderfolgenden Motorzyklen, offengehalten. Vorzugsweise werden die Düsenmittel offengehalten während der Motor in einem ausgewählten Bereich des normalen Betriebs betrieben wird, bevorzugt in einem Bereich des gleichmäßigen Betriebs, das heißt ohne wesentliche Änderung in der Last oder der Geschwindigkeit des Motors, insbesondere ohne Ansteigen der Last. Die Reinigung kann durchgeführt werden, während der Motor im Schubbetrieb läuft.
Die Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer als Folge des maximalen Kompressionsdrucks des Gases kann selbst ohne Kraftstoffverbrennung ausreichend hoch sein, um die Temperatur der Verunreinigungen auf den Oberflächen der Düse, die dem Gas direkt ausgesetzt sind, während die Düse offen ist, zu erhöhen, um diese Verunreinigungen durch ihre Verbrennung zu entfernen. Dies hängt jedoch davon ab, ob das Kompressionsverhältnis des Motors hoch genug ist, um Gas der Verbrennungskammer auf eine Temperatur über etwa 450ºC zu bringen.
Vorzugsweise bleibt die Steuerung des Beginns der normalen Einspritzperiode unverändert und der Kraftstoff wird in gewöhnlicher Art und Weise eingespritzt. Die Periode des Öffnens der Einspritzdüse wird jedoch verlängert, um eine passende Zeitspanne in dem Kompressionszyklus einzuschließen, um Gas von hoher Temperatur in die Düse zu führen.
Bei einer Form der Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems wird die Steuerung der Periode des Öffnens der Einspritzdüse zum Ende des Verdichtungshubes hin eingestellt, wo die Temperatur des verdichteten Gases ausreichend hoch ist, um Ablagerungen von Verunreinigungen wegzubrennen.
Bei einem Motor mit mehreren Zylindern können die Einspritzdüsen der jeweiligen Zylinder zu verschiedenen Zeiten einer Reinigungsbehandlung unterzogen werden, insbesondere wenn die Reinigungsbehandlung ausgeführt wird, während der Motor unter Last betrieben wird.
Die Frequenz, mit der die Reinigungsbehandlung ausgeführt wird, kann in die ECU programmiert werden, welche normalerweise den Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems steuert, so daß das Verfahren zur Reinigung der Düse auf der Grundlage regelmäßiger Zeitabstände oder auf der Grundlage der Vollendung einer ausgewählten Anzahl von Motorzyklen durchgeführt wird. Die ECU kann auch so programmiert werden, daß das Reinigungsverfahren nicht sofort nach Ablauf der gesetzten Zeit oder Anzahl von Zyklen gestartet wird, sondern dann stattfindet, wenn sich nach Ablauf einer derartigen Zeitspanne oder Anzahl von Zyklen der Motor in einem besonderen Betriebszustand befindet. Die Zeitspanne oder Anzahl von Zyklen kann jeweils näherungsweise durch die Anzahl der Umdrehungen des Motors bestimmt werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie bei einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs angewandt wird, wird vorgeschlagen, daß das Reinigungsverfahren immer dann ausgeführt wird, wenn das Fahrzeug ca. 1500 km zurückgelegt hat, und das Zurücklegen dieser Strecke kann näherungsweise dadurch bestimmt werden, daß die Anzahl der Kaltstarts des Motors gezählt wird. Statistisch gesehen legt ein Personenkraftwagen normalerweise 10 km pro Kaltstart zurück und somit wird das Fahrzeug bei 150 Kaltstarts des Motors ca. 1500 km zurückgelegt haben. Die das Kraftstoffeinspritzsystem steuernde ECU kann leicht so programmiert werden, daß sie die Anzahl der Kaltstarts des Motors zählt und alle 150 Starts das Verfahren zur Reinigung der Düse startet.
Weiterhin kann bei Anwendungen in Kraftfahrzeugen der Reinigungszyklus durchgeführt werden während der Motor in einem gleichmäßigen Zustand betrieben wird, wie beim Fahren mit einer gewählten Straßengeschwindigkeit, beispielsweise 90 bis 95 km/h. Nachdem die ECU bestimmt hat, daß 150 Kaltstarts durchgeführt worden sind, wird sie somit das Verfahren zur Reinigung der Düse ausführen, wenn der Motor in einem Lastbereich betrieben wird, der andeutet, daß das Fahrzeug in einem Geschwindigkeitsbereich von 90 bis 95 km/h fährt, was aus den normalen Eingaben an die ECU bestimmt werden kann. Ebenso ist es bevorzugt, daß das Verfahren zur Reinigung der Düse nicht gestartet wird, solange der Motor kalt ist, d.h. innerhalb der kurzen Zeitspanne nach dem Start. Daher ist die ECU auch so programmiert, daß sie das Verfahren zur Reinigung der Düse nur durchführt, wenn der Motor oberhalb einer vorgewählten Temperatur betrieben wird.
Es hat sich herausgestellt, daß, wenn das Reinigungsverfahren gemäß den obigen Bedingungen durchgeführt wird, die Einspritzdüse effektiv gereinigt wird, wenn das Reinigungsverfahren über 300 bis 500 aufeinanderfolgende Zyklen des Motors betrieben wird, wobei die Periode des Öffnens der Einspritzdüse während des Reinigungsverfahrens in der Größenordnung von 10 bis 15 Millisekunden ist und der Motor mit etwa 2000 U/min betrieben wird.
Die folgende Beschreibung einer praktischen Anordnung eines Kraftstoffdosiersystems für eine Verbrennungskraftmaschine, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen illustriert ist, dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine diagrammatische Darstellung eines Motors mit direkter Kraftstoffeinspritzung.
Fig. 2 ein Querschnitt durch eine typische Ausgestaltung einer Dosier- und Einspritzeinheit, wie sie in dem in Fig. 1 gezeigten System verwendet wird.
In Fig. 1 besitzt der Motor 70, der jeder herkömmliche Typ von Motor sein kann, ein Luftansaugsystem 71, ein Zündsystem 72, eine Kraftstoffpumpe 73 und einen Kraftstofftank 74. Der Motor beinhaltet weiterhin einen elektrischen Startmotor 75, der bei Betätigung des Startschalters 78 von der Batterie 76 versorgt wird. Der Luftkompressor 77 wird durch den Riemen 79 von der Riemenscheibe 80 der Kurbelwelle des Motors angetrieben.
An dem Zylinderkopf 90 des Motors 70 ist eine Dosier- und Einspritzeinheit 81 angebracht (bei einem Motor mit mehreren Zylindern eine für jeden Zylinder). Die Dosier- und Einspritzeinheit 81 erhält Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 73 über die Leitung 82 und Luft von dem Kompressor 77 über die Leitung 83. Ein Luftdruckregler 84 ist in der Leitung 83 vorgesehen und diese führt die Luft zu einem Luftverteiler 85, mit dem jede der Dosier- und Einspritzeinheiten 81 von jedem der Zylinder des Motors verbunden ist, um Luft zu erhalten.
Die elektronische Steuerungseinheit 86 (ECU) erhält Signale von einem Sensor 87 zur Bestimmung der Geschwindigkeit und Position der Kurbelwelle über die Leitung 93, von einem in dem Luftansaugsystem 71 angeordneten Luftflußsensor 88 über die Leitung 96, von dem Sensor 84 zur Bestimmung der Motortemperatur über die Leitung 94 und von einem Sensor (nicht gezeigt) zur Bestimmung der Umgebungstemperatur. Die ECU 86 ist so programmiert, daß sie aus allen Eingangssignalen die Menge an Kraftstoff bestimmt, die benötigt wird, um sie jedem der Zylinder des Motors bei jedem Zyklus des jeweiligen Zylinders zuzuführen. Dieser allgemeine Typ einer ECU und deren Programmierung ist im Stand der Technik elektronisch gesteuerter Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.
Die in Fig. 2 gezeigte Kraftstoffdosier- und Einspritzeinheit 81 beinhaltet eine passende Kraftstoffdosiervorrichtung 130, wie einen Drosselkörpereinspritzer für ein Fahrzeug, der an einen Einspritzkörper 131 mit darin befindlicher Kraftstoffkammer 132 gekoppelt ist. Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffpumpe 73 durch die Kraftstoffeinlaßöffnung 133 der Dosiervorrichtung 130 geliefert, welche die Menge an Kraftstoff dosiert, die gemäß dem Kraftstoffverbrauch des Motors der Kraftstoffkammer 132 pro Motorzyklus zugeführt wird. Der der Dosiervorrichtung zugeführte, überschüssige Kraftstoff wird über eine Kraftstoffrücklauföffnung 134 einem Kraftstofftank 75 zurückgeführt. Der besondere Aufbau der Kraftstoffdosiervorrichtung 130 ist nicht kritisch für die vorliegende Erfindung und jede passende Vorrichtung kann verwendet werden.
Das Ventil 143 der Einspritzdüse 142 ist über einen Ventilschaft 144, der durch die Kraftstoffkammer 132 verläuft, an den Anker 141 der Magnetspule 147 gekoppelt, die innerhalb des Einspritzkörpers 131 angeordnet ist. Das Ventil 143 ist durch die Scheibenfeder 141 zu der geschlossenen Stellung hin vorgespannt und es wird durch die Erregung der Magnetspule 147 geöffnet. Das Ventil 143 wird in Fig. 2 in der geöffneten Stellung gezeigt. Die Erregung der Magnetspule 147 wird von der ECU 86 über die Leitung 95 in zeitlicher Beziehung zu dem Motorzyklus gesteuert, um die Zufuhr von Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 132 zu einem Zylinder des Motors 70 zu bewirken.
Die Kraftstoffkammer 132 steht über die Lufteinlaßöffnung 145 in ständiger Verbindung mit dem Luftverteiler 85 und bei normalen Betrieb bleibt sie somit mit Luft von im wesentlichen konstantem Druck geladen. Bei Erregung der Magnetspule 147 wird das Ventil 143 nach unten verschoben, um die Düse 142 zu öffnen, so daß die dosierte Menge an Kraftstoff, der in der Kraftstoffkammer 132 gehalten wird, durch die Luft mit hohem Druck aus der Kraftstoffkammer 132 durch die Düse 142 in die Verbrennungskammer 91 eines Zylinders des Motors getragen wird.
Weitere Details des Betriebs von Kraftstoffdosier- und Einspritzsystemen, die eine wie die durch das Bezugszeichen 132 in Fig. 2 bezeichnete Kraftstoffkammer beinhalten, sind in dem US-Patent 4,693,224 offenbart, dessen Offenbarung hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist.
Dabei ist zu bemerken, daß nach obiger Beschreibung die Düse 142 innerhalb des Zylinderkopfes 90 des Motors angeordnet ist und mit der innerhalb des Zylinders definierten Verbrennungskammer 91 in Verbindung steht. Wenn, wie oben beschrieben, die Düse 142 geöffnet und der Druck der über die Lufteinlaßöffnung 145 zugeführten Luft über dem Druck in der Verbrennungskammer 91 liegt, wird Luft mit darin enthaltenem Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer durch die Düse 142 in die Verbrennungskammer 91 des Motors fließen.
Dabei ist zu bemerken, daß unter normalen Betriebsbedingungen das Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer normalerweise vor oder kurz nach dem Schließen der Einlaßöffnung des Motors durchgeführt wird, durch welche die Luft, die zur Unterstützung der Verbrennung des Kraftstoffs benötigt wird, bereitgestellt wird. Normalerweise ist die Einspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer vollendet bevor der Kolben die 45º Stellung vor dem oberen Totpunkt in dem Kompressionshub erreicht hat. An diesem Punkt des Kompressionshubs ist der Kompressionsdruck relativ gering, so daß der Druck der über die Luftöffnung 145 zugeführten Luft ausreichend über dem Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer 91 ist, um die Zufuhr von Kraftstoff dort hinein zu bewirken. Normalerweise ist der Druck der Luftzufuhr zu der Luftöffnung in der Größenordnung von 400 bis 500 kPa und der Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer beim Öffnen der Düse 142, um Kraftstoff einzuspritzen, ist normalerweise in der Größenordnung von 100 kpa. Der maximale Kompressionsdruck in der Verbrennungskammer, ohne Verbrennung, ist in der Größenordnung von 800 kPa.
Die ECU 86 ist so programmiert, daß sie von dem Motorstartschalter 78 ein Signal empfängt, wenn der Schalter betätigt wird, um den Startermotor 75 zu erregen, so daß die ECU eine fortschreitende Gesamtzahl von Motorstarts speichern kann. Die ECU 86 erhält ebenfalls Informationen von einem Sensor 72 zur Bestimmung der Motortemperatur und ist programmiert, eine fortschreitende Gesamtzahl von Motorstarts zu bestimmen, während die Motortemperatur unter einem vorgewählten Wert ist. Dieser Wert kann beispielsweise so gewählt werden, daß er anzeigt, daß der Motor von einem kalten Zustand gestartet wird. Auf Grundlage dieser Eingaben kann die ECU eine fortschreitende Gesamtzahl von kalten Motorstarts speichern.
Die ECU 86 ist ebenfalls programmiert, zu bestimmen, wenn die Zahl von kalten Motorstarts 150 oder eine andere passend gewählte Zahl erreicht hat, was anzeigt, daß das Fahrzeug im statistischen Mittel für eine bestimmte Zeitspanne in Betrieb war, oder im Fall eines Kraftfahrzeugs, daß das Fahrzeug eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat. Diese Zeitspanne oder Entfernung wurde im voraus als ein passendes Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Reinigungsoperationen der Einspritzdüse ausgewählt.
Somit hat die ECU festgestellt, daß der Punkt im Betriebsleben des Motors erreicht wurde, an dem die Einspritzdüse gereinigt werden sollte. Die ECU muß nun bestimmen, wenn die Betriebsbedingungen des Motors passen, um die Reinigungsoperation der Düse durchzuführen. Das heißt, ist der Motor ausreichend erwärmt und wird der Motor bei einer passenden Geschwindigkeit und/oder Last betrieben, bei der die Reinigungsoperation der Düse den Betrieb des Motor nicht wesentlich negativ beeinflussen wird. Dazu ist die ECU programmiert, die Reinigungsoperation der Düse nur zu beginnen, wenn die Motortemperatur über einem vorgewählten Wert liegt und die Motorgeschwindigkeit konstant innerhalb eines vorgewählten Geschwindigkeitsbereichs liegt.
Nachdem die ECU festgestellt hat, daß eine Reinigungsoperation der Einspritzdüse notwendig ist und die Betriebsbedingungen passen, setzt die ECU die Steuerung des Beginns und des Endes der Öffnungsperiode der Einspritzdüse 142 so, daß diese sich in den Bereich von hohem Kompressionsdruck und hoher Temperatur des Motorzyklusses erstreckt, und beendet die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Einspritzer für die Öffnungsperiode der Einspritzdüse 142.
Der Fluß von Luft aus der Verbrennungskammer 91 in die Düse 142 während eines Teils des Kompressionshubes, wo die Temperatur der komprimierten Luft so ist, daß sie über eine Anzahl von Motorzyklen die Temperatur des Sitzes des Einspritzdüsenventils 143 und benachbarter Gebiete der Düse 142 auf eine Temperatur erhöht, die ein Entfernen der Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, von den Oberflächen durch das Zünden und Verbrennen dieses Kohlenstoffs bewirkt.
Typischerweise beträgt die Öffnungsperiode der Einspritzdüse zur Zufuhr von Kraftstoff bei normalem Betrieb des Motors 4 Millisekunden bei 2000 U/min und während des Reinigungszyklusses der Düse wird sie auf typischerweise 10 Millisekunden verlängert. Mit einem Beginn des Öffnens des Einspritzers bei 60º vor dem oberen Totpunkt ergibt sich das Schließen des Einspritzers bei näherungsweise 300 nach dem oberen Totpunkt, wenn der Motor mit 2000 U/min betrieben wird. Dabei ist zu bemerken, daß das tatsächliche Zeitintervall, bei dem der Einspritzer in jedem Zyklus offen ist, nicht kritisch ist, aber der Einspritzer muß während einer Periode offen sein, wenn der Druck und die Temperatur des Gases in der Verbrennungskammer ausreichen, daß das Gas in die Einspritzdüse eintritt und dort die Ansammlungen von Verunreinigungen entzündet. Der Druck des Gases und die Dauer des Öffnens der Einspritzdüse kann das Ausmaß des Eindringens des heißen Gases in die Düse beeinflussen. Daher ist es wünschenswert eine Öffnungsperiode auszuwählen, die verhindert, daß empfindliche Komponenten der Düse übermäßiger Hitze ausgesetzt sind. Ein ähnlicher Vorgang wird über eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Motorzyklen fortgesetzt, die ausreichen, im wesentlichen die gesamte Ablagerung von Verunreinigungen in der Düse zu entfernen. Es hat sich herausgestellt, daß 300 bis 500 Zyklen normalerweise angemessen sind. Bei einem Motor mit mehreren Zylindern ist die ECU programmiert, die Reinigung der Düse nur für einen Zylinder zu jedem Zeitpunkt durchzuführen. Eine gegebene Folge von Reinigungen der Düsen der jeweiligen Zylinder ist in die ECU programmiert.
Das hier offenbarte Verfahren der Düsenreinigung kann auf alle Formen von Verbrennungskraftmaschinen mit Direkteinspritzung angewendet werden, einschließlich Motoren mit Funkenzündung und Kompressionszündung, und sowohl Zweitaktmotoren als auch Viertaktmotoren. Das Reinigungsverfahren kann ebenfalls auf Einspritzer angewandt werden, die flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff entweder allein oder enthalten in einem Trägergas zuführen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine, wobei Kraftstoff zyklisch durch eine selektiv zu öffnende Düse in eine Motorverbrennungskammer direkt eingespritzt wird und wobei das Verfahren das Steuern des Betriebs der Düse beinhaltet, um sie periodisch offenzuhalten, während kein Kraftstoff der Düse zugeführt oder durch sie hindurchgeführt wird und während eines Abschnitts mindestens eines Motorzyklus, wenn das Gas in der Verbrennungskammer eine derartige Temperatur und einen derartigen Druck aufweist, daß Gas von der Verbrennungskammer in die offene Düse eintritt, um ihre Temperatur ausreichend zu erhöhen und darauf Ablagerungen von Verunreinigungen zu verbrennen.

2. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, worin sich die periodischen Öffnungen der Düse soweit erstrecken, daß sie den Punkt des maximalen Kompressionsdrucks des Motorzyklus einschließen.

3. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, worin das periodische Öffnen der Düse über eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Motorzyklen durchgeführt wird.

4. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor im Schubbetrieb läuft.

5. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor in einem im wesentlichen gleichbleibenden Zustand betrieben wird.

6. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor in einem im wesentlichen gleichbleibenden Zustand und innerhalb eines ausgewählten Bereichs der Motordrehzahl betrieben wird.

7. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor bei einer Temperatur oberhalb eines vorgegebenen Wertes betrieben wird.

8. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das periodische Öffnen der Düse begonnen wird in Antwort auf das Vollenden eines vorgewählten Betriebszeitraums des Motors ab dem vorhergehenden periodischen Öffnen der Einspritzdüse.

9. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das periodische Öffnen der Düse begonnen wird in Antwort auf das Vollenden einer vorgewählten Anzahl von aufeinanderfolgenden Starts des Motors ab dem vorhergehenden periodischen Öffnen der Einspritzdüse, wenn die Motortemperatur unter einem vorgewählten Wert liegt.

10. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das periodische Öffnen der Düse nur begonnen wird, während der Motor in einem vorbestimmten Belastungsbereich arbeitet.

11. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil (81), das zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Motorverbrennungskammer über eine selektiv zu öffnende Düse (142) angeordnet ist, einer programmierten Steuervorrichtung (86) zum zyklischen Öffnen der Düse in zeitlicher Beziehung zu dem Motorzyklus, wobei die Steuervorrichtung auch programmiert ist, die Düse periodisch offenzuhalten, während kein Kraftstoff der Düse zugeführt oder durch sie hindurchgeführt wird und während eines Abschnitts mindestens eines Motorzyklus, wenn das Gas in der Verbrennungskammer sich unter einer solchen Temperatur und einem solchen Druck befindet, daß Gas aus der Verbrennungskammer in die offene Düse eintritt, um deren Temperatur ausreichend zu erhöhen, damit Ablagerungen von Verunreinigungen darauf verbrannt werden.

12. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 11, worin die Steuervorrichtung derart programmiert ist, daß periodische Öffnungen der Düse den Punkt des maximalen Kompressionsdrucks des Motorzyklus einschließen.

13. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, worin die Steuervorrichtung derart programmiert ist, daß das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor in einem im wesentlichen gleichbleibenden Zustand läuft.

14. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspuch 11, 12 oder 13, worin die Steuervorrichtung derart programmiert ist, daß das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor in einem im wesentlichen gleichbleibenden Zustand und innerhalb eines ausgewählten Drehzahlbereichs läuft.

15. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin die Steuervorrichtung derart programmiert ist, dar das periodische Öffnen der Düse erfolgt, während der Motor bei einer Temperatur über einem vorbestimmten Wert läuft.

16. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, worin die Steuervorrichtung derart programmiert ist, daß das periodische Öffnen der Düse begonnen wird in Antwort auf das Vollenden eines vorgewählten Betriebszeitraums des Motors ab dem vorhergehenden periodischen Öffnen der Düse.

17. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, worin die Steuervorrichtung derart programmiert ist, daß das periodische Öffnen der Düse begonnen wird in Antwort auf das Vollenden einer vorgewählten Anzahl von aufeinanderfolgenden Starts des Motors ab dem vorhergehenden periodischen Öffnen der Düse, während die Motortemperatur unter einem vorgewählten Wert liegt.

18. Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, worin die Steuereinrichtung derart programmiert ist, daß das periodische Öffnen der Düse nur begonnen wird, während der Motor in einem vorbestimmten Belastungsbereich läuft.