Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Kraftstoffzuführvorrichtung (GB 2 248 087 A) dieser Art weist eine Luftansaugleitung mit einer darin ange¬ ordneten Drosselklappe auf, die in ein Sammelsaugrohr mündet, von dem zu den einzelnen Brennkammern des Verbrennungsmotors führende Saugrohre abzweigen. In der Nähe der Einlaßbereiche der einzelnen Brennkammern sind Einspritzventile angeordnet, mit denen Kraftstoff zur Bildung eines Kraftstoff-Luftge- mischs in die jeweiligen Saugrohre eingespritzt wird. Ein Mo¬ torsteuergerät steuert die Kraftstoffeinspritzung in Abhän¬ gigkeit von der durch die Luftansaugleitung eingesaugten Luftmenge und anderen Motorbetriebsparametern.

Ferner beaufschlagt das Motorsteuergerät ein zentrales Ein¬ spritzventil mit einem zugeordneten Kraftstoffverdampfer, der stromaufwärts von der Drosselklappe an der Luftansaugleitung

angeordnet ist, um der angesaugten Luft verdampften Kraft¬ stoff zuzuführen.

Bei dieser bekannten Kraftstoffzuführvorrichtung erfolgt die Bildung des Kraftstoff-Luftgemischs während eines Leerlaufs¬ und Teillastbetriebs des Verbrennungsmotors mittels des zen¬ tralen Einspritzventils, während im Hochlastbetrieb aus¬ schließlich die einzelnen Einspritzventile zur Kraftstoffzu¬ fuhr verwendet werden.

Dabei ist es problematisch, daß während der Warmlaufphase nach dem Starten des Verbrennungsmotors ein großer Teil des erzeugten Kraftstoffdampfes beim Ansaugen in kälteren Zonen des Verbrennungsmotor kondensiert und einen unerwünschten Wandfilm bildet, der zu einer Vergrößerung der Kohlenwasser¬ stoffemissionen führt.

Bei einer anderen bekannten Kraftstoffzuführvorrichtung (DE 41 19 206 AI) ist in der Nähe des Einlaßbereiches jeder Brennkammer eines Verbrennungsmotors ein Einspritzventil vor¬ gesehen, das zur Bildung eines Kraftstoff-Luftgemischs Kraft¬ stoff in das jeweilige Saugrohr bzw. in den Einlaßbereich der Brennkammer einspritzt. Zusätzlich ist ein Luftzufuhrkanal mit einem darin angeordneten Steuerventil vorgesehen, der eingangsseitig mit einem stromaufwärts von einer Drosselklap¬ pe gelegenen Abschnitt eines Luftansaugrohr verbunden ist und der ausgangsseitig in den Kraftstoffaustrittsbereich des je¬ weiligen Einspritzventils mündet.

Durch den Luftzufuhrkanal läßt sich in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors Luft in den Kraftstoffaustrittsbereich des Einspritzventils blasen, um die Kraftstoffzerstäubung zu un¬ terstützen. Die Luftzufuhr durch den Luftzufuhrkanal wird da¬ bei von dem Steuerventil in Abhängigkeit von der Motordreh-

zahl, dem Ansaugunterdruck, der Motortemperatur und/oder an¬ deren Motorbetriebsparametern gesteuert.

Mit einer derartigen Kraftstoffzuführvorrichtung ist es wäh¬ rend der Warmlaufphase nach dem Starten, also bei kaltem Ver¬ brennungsmotor kaum möglich, die Bildung eines für die Koh¬ lenwasserstoffemissionen wesentlich mit verantwortlichen Wandfilms aus niedergeschlagenem Kraftstoff wirksam verhin¬ dern.

Dabei ist es besonders problematisch, daß bei kaltem Motor eine größere Kraftstoffmenge als bei warmem Motor zugeführt werden muß, um in der Brennkammer ein zündfähiges Kraftstoff- Luftgemisch mit einem bestimmten Anteil an dampfförmigen Kraftstoff zu erreichen, da sich ein Großteil des einge¬ spritzten Kraftstoffs als Wandfilm niederschlägt, und so nicht zur Verbrennung beiträgt, sondern als überschüssiger Kohlenwasserstoff mit dem Abgas ausgestoßen wird. Hierdurch wird die Kohlenwasserstoffemission während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors in unerwünschter Weise erhöht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffzuführvorrichtung gemäß An¬ spruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der mittels des Kraftstoffverdampfers erzeugte Kraftstoffdampf der von den Brennkammern angesaugten Luft so zuführbar ist, daß sich sein Weg zur jeweiligen Brennkammer verkürzt, wodurch eine Rück¬ kondensation des Kraftstoffs und damit die Bildung eines Wandfilms weitgehend verhindert werden kann. Dabei läßt sich eine hohe Aufbereitungsgüte des der Brennkammer zugeführten Krafstoffs erhalten und die Kohlenwasserstoffemissionen wer¬ den bei kaltem Verbrennungsmotor innerhalb der ersten 80 s

nach dem Starten des Motors während der Warmlaufphase wesent¬ lich verringert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im An¬ spruch 1 angegebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der im KraftstoffVerdamp¬ fer erzeugte Kraftstoffdampf über eine Kraftstoffdampflei¬ tungsanordnung bis in den Einlaßbereich der Brennkammern ge¬ führt wird. Durch eine derartige separate Kraftstoffdampflei- tungsanordnung kann eine Kondensation des verdampften Kraft¬ stoffs weiter verringert werden, da die Kraftstoffdampflei¬ tungsanordnung eine deutlich kleinere Oberfläche und ein kleineres Volumen aufweist. Durch die Verwendung von Rohren oder Schläuchen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfä¬ higkeit, insbesondere von Kunststoffrohren oder -schlauchen läßt sich die Kondensation von Kraftstoffdampf zusätzlich verringern.

Zweckmäßigerweise kann der Kraftstoffdampf durch die Volu¬ menänderung beim Übergang in die Dampfphase aus dem Kraft¬ stoffverdampfer ausgetrieben und kurz vor den Einlaßventilen den Brennkammern zugeführt werden. Dabei läßt sich das glei¬ che Druckgefälle wie bei der gleichzeitig vorhandenen Einzel¬ einspritzanlage erreichen, so daß die Kraftstoffzumessung während der Warmlaufphase unter Verwendung des Kraftstoffver¬ dampfers mit der gleichen Genauigkeit durchführbar ist wie im Normalbetrieb bei warmen Verbrennungsmotor mit den Einzelein¬ spritzventilen.

Dabei kann die Zuführung unabhängig von der Luftzumessung, also unabhängig von der Drosselklappe und dem Leerlaufsteller durchgeführt werden, so daß sich eine optimale Gleichvertei-

lung des Kraftstoffdampfes auf die Brennkammern zur weiteren Verbesserung der Abgaswerte erreichen läßt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftstoffverdampfer der Leerlaufluftleitung so zuge¬ ordnet, daß ihm ein Teil der angesaugten Luft zugeführt wer¬ den kann, um den Transport des verdampften Kraftstoffs zu un¬ terstützen, eine Spülung des Kraftstoffverdampfers und der den Kraftstoffdampf führenden Leitungen mit Luft zu erzielen und das Kraftstoffaustragverhalten des Kraftstoffverdampfers zu verbessern. Auf diese Weise wird ein besonders einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführvorrichtung er¬ reicht.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar¬ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu¬ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffzu¬ führvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines KraftstoffVer¬ dampfers für die Erfindung,

Fig. 4 eine andere Ausgestaltung eines KraftstoffVerdamp¬ fers für die Erfindung,

Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung eines KraftstoffVerdamp¬ fers für die Erfindung, und

Fig. 6 einen Schnitt im wesentlichen nach Linie VI-VI in Figur 5.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander ent¬ sprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt eine Kraftstoffzuführvorrichtung für einen Ver¬ brennungsmotor 9, dessen Brennkammern 10 jeweils ein Ein¬ spritzventil 11 derart zugeordnet ist, daß dem Einspritzven¬ til 11 zugeführter Kraftstoff in einen Einlaßbereich 12 eines zur Brennkammer 10 führenden Saugrohres 13 eingespritzt wird. Eingangsseitig sind die Saugrohre 13, von denen nur eines dargestellt ist, an ein Sammelsaugrohr 14 angeschlossen, das mit einem Luftansaugrohr 15 verbunden ist. Als Ansaugluftzu¬ meßeinrichtung ist eine Drosselklappe 16 in dem Luftansaug¬ rohr 15 angeordnet. Im Bereich der Drosselklappe 16 ist eine Leerlaufluftleitung 17 mit einer Leerlaufstelleinrichtung 18 vorgesehen.

Ein zentraler Kraftstoffverdampfer 19, der in nicht näher dargestellter Weise mit einer Kraftstoffzuführleitung verbun¬ den ist, ist über eine Leitung 20 mit einer Verteilerleitung 22 verbunden, die sich über die Einspritzventile 11 erstreckt und jeweils über Austrittsöffnungen 23 nahe von Kraft¬ stoffaustrittsbereichen 24 der Einspritzventile 11 in das entsprechende Saugrohr 13 mündet.

Der zentrale Kraftstoffverdampfer 19 besteht z. B., wie in Fig. 3 dargestellt, aus einem Einspritzventil 25 und einem Heizvorsatz 26, der als elektrisch beheizbare Verdampfer¬ struktur 27 PTC- oder NTC-Elemente mit externer Regelung, al¬ so Widerstands-Heizelemente mit positiven bzw. negativen Tem¬ peraturkoeffizienten aufweist, die in einem Verdampfergehäuse 28 angeordnet sind. Bei PTC-Elementen erfolgt dabei Selbstre¬ gelung, die auch allein nutzbar ist. Die Heizelemente der Verdampferstruktur 27 können dabei plattenförmig oder porös sein. Das Verdampfergehäuse 28 weist eine Haltebuchse 29 für das Einspritzventil 25 und einen Anschlußdeckel 30 auf, der einen oder mehrere Anschlußstutzen 31 zum Anschluß einer Kraftstoffdampfleitungsanordnung.

Die Kraftstoffdampfleitungsanordnung umfaßt beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Leitung 20 die zu einer Ver¬ teilerleitung 22 führt. Es können aber auch, wie in Fig. 3 dargestellt, zwei Leitungen 20 vorgesehen sein, die zu der Verteilerleitung 22 führen. Daneben ist es auch denkbar, für jede Brennkammer 10 des Verbrennungsmotors 9 eine Leitung 20 vorzusehen, die einen Auslaßbereich 32 des Verdampfergehäuses 28 mit dem entsprechenden Einlaßbereich 12 einer Brennkammer 10 im Saurohr 13 verbinden.

Die Kraftstoffdampfleitungsanordnung ist dabei derart gestal¬ tet, daß jeder Brennkammer über einen möglichst kurzen Lei¬ tungsweg die gleiche Kraftstoffdampfmenge zugeführt wird, und besteht vorzugsweise aus Rohren oder Schläuchen, die aus ei¬ nem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kunststoff, bestehen. Hierdurch läßt sich eine Rückkon¬ densation von Kraftstoff in den zu den Brennkammern 10 füh¬ renden Leitungen 20, 22 vermeiden. Außerdem ist der Quer¬ schnitt der Rohre oder Schläuche so klein wie möglich zu wäh¬ len, so daß möglichst wenig Kraftstoffdampf in der Kraft-

stoffdampfleitungsanordnung verbleibt, sich jedoch kein die Zumeßfunktion beeinflussender Druck aufbauen kann.

Bei der beschriebenen Kraftstoffzuführvorrichtung wird zum Starten des Verbrennungsmotors und während der Start- und Warmlaufphase vom Einspritzventil 25 des KraftstoffVerdamp¬ fers 19 Kraftstoff in flüssiger Form der elektrisch beheizten Verdampferstruktur 27 zugemessen. Dort wird der flüssige Kraftstoff verdampft und durch die Volumenänderung beim Über¬ gang in die- Dampfphase aus dem Verdampfungsbereich des Kraft¬ stoffverdampfers 19 ausgetrieben und über die Leitung 20 und die Verteilerleitung 22 kurz vor den Brennkammern 10 in den Einlaßbereich 12 der Saugrohre 13 geführt, um von dort zusam¬ men mit der angesaugten Luft in die Brennkammern 10 zu gelan¬ gen.

Auf diese Weise lassen sich während der Start- und Warmlauf¬ phase die Kohlenwasserstoffemissionen so stark senken, daß extrem niedrige Abgaswerte erreicht werden können, wie z. B. ULEV-Abgaswerte, also Abgaswerte für sogenannte "ultra low emission vehicles", da eine Kondensation des Kraftstoffdamp- fes an den Leitungswänden weitgehend verhindert werden kann.

Nach Abschluß der Warmlaufphase oder bei einem Kraftstoff¬ mehrbedarf außerhalb des FTP-Zyklus, also bei scharfem Be¬ schleunigen, bei Bergauffahrt oder dergleichen, wird auf Ein¬ zeleinspritzung mittels der den jeweiligen Brennkammern 10 zugeordneten Einspritzventile 11 umgeschaltet. Bei der Kraft¬ stoffZuführung mittels der den Brennkammern 10 zugeordneten Einspritzventilen 11 ist die separate Verrohrung für die KraftstoffdampfZuführung von Vorteil, da diese keinen Einfluß auf die Ansaugrohrdynamik hat.

Die Kraftstoffzuführvorrichtung nach Fig. 2 weist einen Kraftstoffverdampfer 19 auf, der mit der Leerlaufluftleitung 17 verbunden ist, wobei die Leerlaufstelleinrichtung 18 stromaufwärts vom Kraftstoffverdampfer 19 angeordnet ist.

Im dargestellten Beispiel mündet die Leitung 20, die während der Start- und Warmlaufphase Kraftstoffdampf oder ein Kraft¬ stoffdampf-Luftgemisch und während des normalen Betriebs die gesamte Leerlaufluft oder nur einen Teilstrom davon führt in eine Verteilerleitung 22, die im wesentlichen in gleicher Weise angeordnet ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Es ist aber auch möglich, eine sich an den Kraftstoffverdampfer 19 anschlie¬ ßende Leerlaufluftleitungsanordnung vorzusehen, deren einzel¬ ne Leitungen in nicht gezeigter Weise vom Kraftstoffverdamp¬ fer 19 zu den einzelnen Saugrohren 13 führen und dort im Be¬ reich der Einspritzventile 11 in die Saugrohre 12 oder in die Kraftstoffaustrittsbereiche der Einspritzventile 11 münden.

Während der Warmlaufphase nach dem Starten des Verbrennungs¬ motors 9 arbeitet die anhand von Fig. 2 beschriebene Kraft¬ stoffzuführvorrichtung ähnlich wie die Vorrichtung nach Fig. 1, um den für die Bildung eines geeigneten Kraftstoff-Luftge¬ mischs erforderlichen Kraftstoffdampf bereitzustellen.

Die zur Bildung des Luftkraftstoffgemischs erforderliche Luft kann dabei über die Leerlaufluftleitung 17 infolge des Druck¬ gefälles im Luftansaugrohr 15 über die Drosselklappe 16 dem Kraftstoffverdampfer 19 zugeführt werden, so daß die ange¬ saugte Luft Kraftstoffdampf aus dem Kraftstoffverdampfer 19 mitnimmt. Die Luftmenge wird dabei über die LeerlaufStellein¬ richtung 18 festgelegt, während die Kraftstoffmenge durch das als Kraftstoffzumeßeinrichtung dienende Einspritzventil 25 eingestellt wird. Während dieses Betriebs bleiben die Ein¬ spritzventile 11 inaktiv.

Andererseits ist es auch möglich, die Leerlauflufleitung 17 während der Warmlaufphase mittels der Leerlaufluftstellein¬ richtung 18 abzusperren und den Kraftstoffaustrag aus dem Kraftstoffverdampfer 19 durch die Volumenänderung bei der Verdampfung zu bewirken.

Nach Beendigung der Warmlaufphase wird dann der Kraftstoff¬ verdampfer 19 abgeschaltet und die weitere Kraftstoffzufuhr wird von den Einspritzventilen 11 übernommen. Die gemeinsame Verwendung des den Kraftstoff zumessenden Kraftstoffverdamp¬ fers 19 und der Leerlaufstelleinrichtung 18 ist hierbei be¬ sonders vorteilhaft, da sich auf diese Weise das Kraftstoff- Luftgemisch besonders genau einstellen läßt.

Figur 4 zeigt einen anderen Aufbau eines Kraftstoffverdamp¬ fers 19, bei dem in seinem Gehäuse 28 eine aus einem Material mit großer Oberfläche bestehende Verdampferstruktur 27' ange¬ ordnet ist, die zur elektrisch Beheizung mit einer Versor- gungsspannungsquelle 33 verbunden ist und in die der Kraft¬ stoff mittels des Einspritzventils 25 einspritzbar ist. Die große Oberfläche läßt sich z. B. durch enge Kanäle oder Ka¬ pillaren oder durch die Verwendung eines porösen Materials realisieren. Dabei ist auch die Verwendung von Whisker- oder Sintermaterial möglich. Eine dem Auslaßbereich 32 des Gehäu¬ ses 28 zugeordnete Auslaßöffnung 34 ist dabei in nicht näher dargestellter Weise an die Leitung 20 angeschlossen. Zweckmä¬ ßigerweise wird dabei die Luft in der Weise geführt, daß die¬ se den Kraftstoffdampfaustrag aus der Verdampferstruktur 27' durch den Venturi-Effekt unterstützt.

Figur 5 und 6 zeigen eine plattenförmige Verdampferstruktur 27, die ähnlich der nach Fig. 3 aus einzelnen elektrisch be-

heizbaren Platten 35 gebildet ist, zum Beispiel durch Kera¬ mikträger, die mit Heizschichten beschichtet sind.

Daneben ist es auch möglich, die Verdampferstruktur 27, 27' so anzuordnen, daß sie von der zum Kraftstoffverdampfer 19 geführten Luft durchströmt wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Verdampferstruktur 27, 27' optimal durchspült und der Kraftstoffdampfaustrag wesentlich verbessert wird.

Die Beheizung der Verdampferstruktur 27, die z. B. auch mit Widerstandsmaterialien mit positivem oder negativem Tempera¬ turkoeffizienten, Drahtwendeln, Heizschichten auf Keramikträ¬ gern oder dergleichen erfolgen kann, ist so einzurichten, daß kurze Aufheizzeiten erzielt werden und sich die erforderliche Verdampfungstemperatur gut einhalten läßt. Dabei kann durch die Materialauswahl für den Verdampfer, z. B. Kunststoff oder Keramik, und die Dimensionierung der Wandstärken des Gehäuses 28 auch eine Wärmeentkopplung zu dem Einspritzventil 25 er¬ reicht werden, um eine Dampfblasenbildung darin zu vermeiden.