Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffeinspritz¬ anordnung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. von einem Verfahren zur Brennstoffein- spritzung nach der Gattung des Anspruchs 7. Aus der EP-PS 0 337 763 ist bereits eine Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der in einem gemeinsamen Gehäuse mehrere Durchgänge vorgesehen sind, in denen jeweils ein, insgesamt aber zwei oder mehrere elektromagnetische Brennstoffeinspritzventileinrichtungen angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten

Brennstoffeinspritzventileinrichtungen ist eine Einrichtung zur Bildung einer magnetischen Abschirmung ausgeführt. Die Brennstoffeinspritzanordnung ist so gestaltet, daß mit den in einem Gehäuse angeordneten Brennstoffeinspritzventilein- richtungen in zwei Richtungen Brennstoff abgespritzt werden kann, und zwar in Richtung zweier Einlaßventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Ein jeweils zu einem Zylinder verlaufendes Ansaugrohr endet mit zwei Zweigkanälen, deren Zugang zum Zylinder durch die Einlaßventile geöffnet bzw. geschlossen wird. Ein Zweigkanal kann durch eine stromaufwärts des Einlaßventils angeordnete Verschließeinrichtung geschlossen werden. Entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine wird so beispielsweise nur ein Zweigkanal mit Brennstoff versorgt, so daß auch nur über ein Einlaßventil Brennstoff in den Zylinder eingespritzt wird. Die Einlaßventile öffnen und schließen synchron entsprechend der Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die in dem gemeinsamen Gehäuse

angeordneten Brennstoffeinspritzventileinrichtungen sind völlig gleichartig ausgeführt.

Aus der US-PS 5 146 897 ist bereits eine Multi-Point- Einspritzung mit mehreren Brennstoffeinspritzventilen zum Einspritzen von Brennstoff in eine mehrere Zylinder umfassende Brennkraftmaschine bekannt. Die Brennstoffeinspritzanordnung sieht allerdings vor, daß mit höchstens zwei Einspritzventilen Brennstoff in vier Einlaßkanäle gespritzt wird, die in Richtung mehrerer

Zylinder verlaufen. Somit ist von der Anzahl her höchstens ein Einspritzventil einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Auf verschiedene Lastzustände der Brennkraftmaschine kann mit dieser Brennstoffeinspritz- ventilanordnung nicht reagiert werden, da die Erregung der Brennstoffeinspritzventile synchron erfolgt.

Ein Heizervorsatz für ein Brennstoffemspritzventil, mit dem eine Verdampfung bzw. eine Vemebelung von Brennstoff vorgenommen wird, ist bereits aus der DE-OS 44 12 448 bekannt. Dieser bekannte Heizervorsatz kann druckdicht auf den Düsenkopf eines Brennstoffeinspritzventils aufgesetzt werden. Bei der Ausführungsform des Heizervorsatzes handelt es sich um einen sog. Spaltenheizer, bei dem profilierte Verdampferkontaktbleche und PTC-Heizelemente sandwichartig angeordnet sind, so daß sich eine Vielzahl von Verdampferräumen (Spalten) ergibt. Bestückt man die Brennstoffeinspritzventile mit solchen Heizervorsätzen, die als offene Spaltenheizer mit guter Wärmeübertragung aufgebaut sind, so sind deutliche Verringerungen der Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bei Betrieb der Heizung gegenüber Brennstoffeinspritz¬ ventilen ohne Heizervorsatz erzielbar. Dies ist besonders im Hinblick auf die in naher Zukunft zu realisierenden,

verschärften Abgasgrenzwerte in den USA und Europa von großer Bedeutung.

Solange der Heizervorsatz zugeschaltet ist, erfolgt eine sehr gute Brennstoffaufbereitung, in deren Resultat in vorteilhafter Weise niedrige HC-Werte erreicht werden. Wird jedoch der Heizervorsatz abgeschaltet, erfolgt nur noch eine ungenügende Brennstoffaufbereitung (schlechtes Austragsverhalten) , die die Aufbereitungsqualität bekannter Brennstoffeinspritzventile nicht erreicht. Aufgrund der

Geometrie des Spaltenheizers ergibt sich für den nicht mehr zu beheizenden Brennstoff ein Labyrinth, das aufgrund seines Speicherverhaltens keine gleichmäßige Zerstäubung zuläßt. Besonders nachteilig stellt sich die ungleichmäßige Tropfchengrδße dar, da der Brennstoff zu relativ großen Tropfen zusammenlaufen kann. Andererseits würde bei permanentem Heizerbetrieb die Belastung des elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs übertrieben groß sein. Ein Generator des Fahrzeugs müßte mit beispielsweise rund 2 kW allein für das Betreiben der Heizervorsätze eine enorme Leistung aufbringen, was für die Praxis unrealistisch erscheint, so daß ein Dauereinsatz eines solchen Heizervorsatzes weitgehend ausgeschlossen ist.

Aus der EP-OS 0 661 445 ist bereits eine

Brennstoffeinspritzanordnung bekannt, die u.a. von einem Brennstoffeinspritzventil und einem Brennstoffheizelement gebildet wird. Das Einspritzventil kann dabei sowohl ohne als auch mit vorgeschaltetem Heizelement betrieben werden. Um den Brennstoffauslaß des Einspritzventils zu gewünschten Zeiten mit dem Heizelement in eine entsprechende Kontaktposition zu bringen, ist eine aufwendige Mechanik bzw. eine zusätzliche mechanische Schiebeeinrichtung notwendig. Besonders wegen des ständigen Kontaktes dieser Mechanik mit der aggressiven Saugrohratmosphäre besteht eine große Gefahr von Ablagerungen (Plugging, Bleisulfat) , so daß

diese Schiebermechanik sehr anfällig erscheint. Diese Ablagerungen können zu Verklemmungen an der Mechanik führen, besonders dann, wenn die Mechanik über längere Zeit nicht im Einsatz war. Die bewegten Teile der Schiebermechanik unterliegen gerade auch im Hinblick auf eine gewünschte lange Lebensdauer der Brennstoffeinspritzanordnung einem gefährlich hohen Verschleiß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs l hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise ein Brennstoffeinspritzsystem geschaffen ist, mit dem sowohl beim Kaltstart und in der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine durch den Einsatz einer Verdampfereinrichtung/eines Heizers eine sehr gute Brennstoffaufbereitung mit geringen Abgaswerten erfolgt als auch in den anderen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine weiterhin eine sehr gute Qualität der Brennstoffaufbereitung aufrechterhalten bleibt, wobei keine zusätzlichen

Belastungen der Brennkraftmaschine entstehen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwei Brennstoffeinspritzventile an einem zu einem Brennraum führenden Ansaugrohr angeordnet sind, wobei eines der beiden Brennstoffeinspritzventile eine Verdampfereinrichtung, insbesondere einen Spaltenheizer als Heizervorsatz, beinhaltet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im

Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzanordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, den Heizervorsatz in der Form eines Spaltenheizers auszubilden, in dem eine Vielzahl von Verdampferräumen gebildet ist. Der Spaltenheizer kann in vorteilhafter Weise profilierte Kontaktbleche und

Heizelemente, die sandwichartig angeordnet sind, aufweisen. Als Heizelemente können sowohl PTC- oder NTC-Elemente als auch poröses Material bzw. Whiskermaterial oder Heizschichten auf Keramikträgern dienen.

Von Vorteil ist es außerdem, wenn die

Brennstoffeinspritzventile so ausgerichtet sind, daß der abgegebene Brennstoffdampf bzw. abgespritzte Brennstoff unmittelbar auf das wenigstens eine Einlaßventil zielen und somit eine unerwünschte Benetzung der Wandung des Ansaugrohrs vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine aufwendige und anfällige Mechanik zum Zuschalten eines Heizers nötig ist, sondern Brennstoffeinspritzventile zum Einsatz kommen, die eine sehr lange Lebensdauer aufweisen und hinlänglich erprobt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Brennstoffeinspritzung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 hat den Vorteil, daß in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine sehr gute Brennstoffaufbereitung gewährleistet ist. Während beim Kaltstart und in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine das Brennstoffeinspritzventil mit der Verdampfereinrichtung bzw. dem Heizervorsatz betrieben wird und das Brennstoffeinspritzventil ohne Heizer nur bei Vollast in Betrieb und ansonsten aber außer Betrieb ist, erfolgt zu einem aufgrund der Größe verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine bestimmbaren Zeitpunkt ein Umschalten der Brennstoffeinspritzventile. Die beiden

Brennstoffeinspritzventile werden also in der Regel zeitlich nacheinander betrieben, wobei für instationäre Laständerungen die Ausnahme eintreten kann, daß die beiden Brennstoffeinspritzventile bis zum Abschalten des

Brennstoffeinspritzventils mit Heizervorsatz auch gleichzeitig betrieben werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffeinspritzanordnung für eine Brennkraftmaschine im Bereich von Saugrohr und Zylinderkopf der Brennkraftmaschine.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzanordnung mit zwei Brennstoffeinspritzventilen 1 pro Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine. In der Zeichnung wird eine entsprechende Brennstoffeinspritzanordnung teilweise und vereinfacht gezeigt. Auf die genaue Darstellung der

Brennstoffeinspritzventile 1 wird verzichtet, da für diese Brennstoffeinspritzanordnung die verschiedensten Bauarten bereits bekannter Einspritzventile, insbesondere sog. elektromagnetisch betätigbarer Top-Feed-Einspritzventile, zum Einsatz kommen können.

Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanordnung umfaßt im wesentlichen zwei Brennstoffeinspritzventile la und lb, die an einem als Einzelsaugrohr 3 ausgebildeten Ansaugrohr, das zu einem Brennraum 4 der Brennkraftmaschine führt, unmittelbar vor wenigstens einem Einlaßventil 5 dieses Brennraums 4 angeordnet sind. Über das beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Einzelsaugrohr 3 wird die Ansaugluft für die Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei die Steuerung der Luftmenge über ein nicht dargestelltes Drosselorgan stromaufwärts der

Brennstoffeinspritzventile 1 im Einzelsaugrohr 3 erfolgt. Die Brennstoffeinspritzventile la und lb sind dabei so an dem Einzelsaugrohr 3 angebracht und ausgerichtet, daß der abzuspritzende Brennstoff im wesentlichen direkt auf das Einlaßventil 5 zielt, und nicht auf die Wandungen des

Einzelsaugrohrs 3 bzw. eines Zylinderkopfes 7, in dem das Einlaßventil 5 angeordnet ist und mit dem das Einzelsaugrohr 3 fest verbunden ist. Es ist ebenso denkbar, daß anstelle des einen Einlaßventils 5 zwei Einlaßventile 5 im Zylinderkopf 7 pro Brennraum 4 vorgesehen sind. Dann werden als Brennstoffeinspritzventile 1 sog. Zweistrahlventile zum Einsatz kommen. An dem Einzelεaugrohr 3 sind zur sicheren Aufnahme der Brennstoffeinspritzventile la und lb Stutzen 9 mit Durchgangsδffnungen 10 ausgeformt, in die die Brennstoffeinspritzventile la und lb hineinragen. Für eine wirkungsvolle Abdichtung zwischen den

Brennstoffeinspritzventilen la und lb und den Stutzen 9 sorgen Dichtringe 12, z. B. O-Ringe.

Die beiden Brennstoffeinspritzventile la und lb unterscheiden sich hauptsächlich in einem Punkt, und zwar besitzt eines der beiden Brennstoffeinspritzventile lb einen als Verdampfereinrichtung ausgebildeten Heizervorsatz 14, der z. B. am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils lb befestigt ist. Der

Heizervorsatz 14 ragt dabei zumindest teilweise in das Einzelsaugrohr 3 hinein, so daß die Abdichtung mit dem Dichtring 12 am Einzelsaugrohr 3 oberhalb des Heizervorsatzes 14 erfolgen kann. Die Verdampfereinrichtung 14 kann durchaus auch an einer anderen, nicht dargestellten Stelle des Brennstoffeinspritzventils lb untergebracht sein. Ansonsten können die beiden Brennstoffeinspritzventile la und lb baugleich ausgeführt sein.

In der Zeichnung ist das Brennstoffeinspritzventil la ohne Heizervorsatz näher am Zylinderkopf 7 und somit auch näher

zum Einlaßventil 5 vorgesehen; ebenso ist aber auch eine Anordnung denkbar, bei der das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 nahe des Einlaßventils 5 angebracht ist, während das Brennstoffemspritzventil la ohne Heizervorsatz entfernter angeordnet ist. Da die

Brennstoffeinspritzung zeitlich hauptsächlich über das Brennstoffemspritzventil la erfolgt, ist die in der Zeichnung gezeigte Anordnung besonders gut geeignet und sinnvoll. An den Einbauraum für das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 sind keine so hohen Anforderungen gestellt. Durch geeignete Materialwahl oder Dimensionierung der Wandstärken sollte das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 gegenüber dem Einzelsaugrohr 3 wärmeentkoppelt sein.

Der Heizervorsatz 14 des einen Brennstoffeinspritzventils lb ist nur schematisch dargestellt und wird hier nicht näher beschrieben, da hierfür bereits bekannte Anordnungen einsetzbar sind, wie sie z. B. in der DE-OS 44 12 448 aufgeführt sind. Bei dieser Ausführungsform des Heizervorsatzes 14 handelt es sich um einen sog. Spaltenheizer, bei dem profilierte Verdampferkontaktbleche und Heizelemente sandwichartig angeordnet sind. Eine Vielzahl von in ihm gebildeten Verdampferräumen ermöglicht eine sehr gute Wärmeübertragung und eine sehr gute Brennstoffaufbereitung durch die Verdampfung des Brennstoffs. Die Verdampferstruktur weist beispielsweise PTC- oder NTC-Elemente, also Widerstandsheizelemente mit positiven bzw. negativen Temperaturkoeffizienten, auf, wobei die Verdampferstruktur in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Heizelemente können auch durch Verwendung porösen Materials, Whisker- oder Sintermaterials, in der Form von Drahtwendeln oder Heizschichten auf Keramikträgem ausgebildet sein.

Bei der beschriebenen Brennstoffeinspritzanordnung wird während des Kaltstarts und der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine fast ausschließlich das Brennstoffeinspritzventil lb mit Heizervorsatz 14 angesteuert, wobei die Versorgung mit flüssigem Brennstoff erfolgt, der entsprechend schnell zum Heizervorsatz 14 gelangen kann. Dort wird der flüssige Brennstoff verdampft und durch die Volumenänderung beim Übergang in die Dampfphase aus dem Verdampfungsbereich des Heizervorsatzes 14 ausgetrieben bzw. ausgeblasen und kurz vor dem Brennraum 4 in das Einzelsaugrohr 3 geführt, um von dort zusammen mit der angesaugten Luft in den Brennraum 4 zu gelangen.

Auf diese Weise lassen sich besonders während des Kaltstarts und der Warmlaufphase die Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen so stark senken, daß sehr niedrige Abgaswerte erreicht werden können. So ist es möglich, die in naher Zukunft zu realisierenden, verschärften Abgasgrenzwerte in den USA (ULEV) bzw. in Europa (MVEG III) einzuhalten bzw. zu unterschreiten. Nach Abschluß der

Warmlaufphase wird die Brennstoffeinspritzung durch das Brennstoffeinspritzventil lb unterbrochen und auf das Brennstoffeinspritzventil la ohne Heizervorsatz umgeschaltet. In der Regel ist es nicht vorgesehen, beide Brennstoffeinspritzventile la und lb gleichzeitig zu betreiben; vielmehr erfolgt die Ansteuerung der elektromagnetisch betätigbaren Brennstoffeinspritzventile 1 über ein elektronisches Steuergerät 16 zeitlich hintereinander. In Ausnahmefällen, wie bei instationären Laständerungen, wenn in allerkürzester Zeit die maximale

Leistung der Brennkraftmaschine bereits erreicht werden soll und sehr schnelle Änderungen des Drosselorgans erfolgen, können auch beide Brennstoffeinspritzventile la und lb gleichzeitig betrieben werden, wobei die entsprechende Ansteuerung wiederum durch das Steuergerät 16 erfolgt. Bei Bedarf großer Brennstoffmengen wird also sowohl über das

Brennstoffeinspritzventil lb mit einer großen Grundmenge als auch über das Brennstoffeinspritzventil la mit einer kleineren Restmenge eingespritzt.

Die Brennstoffeinspritzung über das

Brennstoffeinspritzventil la in Richtung des Einlaßventils 5 setzt also gewöhnlich erst unmittelbar beim Abschalten des Brennstoffeinspritzventils lb ein. Üblicherweise wird die Zeitdauer der Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils lb und somit der Brennstoffverdampfung in dem

Brennstoffeinspritzventil lb beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 60 bis 90 Sekunden betragen. Danach wird nur noch unbeheizter Brennstoff über das Brennstoffeinspritzventil la abgespritzt. Das Umschalten des Betriebs der beiden Brennstoffeinspritzventile 1 kann nach unterschiedlichen Kriterien erfolgen, wobei der Umschaltzeitpunkt z. B. dann erreicht sein könnte, wenn der der Aufbereitung der Abgase dienende Katalysator (nicht dargestellt) seine Konvertierungstemperatur erreicht hat. Dem elektronischen Steuergerät 16 werden unzählige, in elektrische Signale umgeformte Meßwerte von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine zugeführt, beispielsweise die Drehzahl, die Last gemäß dem Drehwinkel des Drosselorgans, die Sauerstoffkonzentration in der Abgasleitung, die Konvertierungstemperatur des Katalysators und andere, die sehr schnell ausgewertet werden und durch eine entsprechende Ansteuerung zum gewünschten Umschalten der Brennstoffeinspritzventile 1 führen. Um auch nach dem Umschalten eine optimale Aufbereitung des über das Brennstoffeinspritzventil la abzuspritzenden Brennstoffs zu gewährleisten, kann das Brennstoffeinspritzventil la mit zusätzlichen Maßnahmen ausgerüstet sein, wie z. B. in bekannter Weise mit einer Gasumfassung oder einem vorgeschalteten Zerstäubungssieb.