Titel

Einspritzvorrichtung, Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer Einspritzvorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Einspritzvorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift JP 2010 065 622 A eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum bekannt, wobei die Brennkraftmaschine einen Brennraum mit zwei Kraftstoff-Einlassöffnungen aufweist, welche jeweils durch ein Einlassventil verschließbar sind. Die Brennkraftmaschine weist ferner zwei Einspritzventile auf, welche jeweils zwei Spraykegel eines Kraftstoffs in Richtung der zwei Einlassöffnungen einspritzen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung, die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Einspritzvorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine homogenere Verbrennung im Brennraum erzielt wird und somit die Abgasemissionen gesenkt werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das zweite Einspritzventil in dem zweiten Wandungsabschnitt angeordnet ist, welcher gegenüber dem ersten Wandungsabschnitt in Umfangs- richtung versetzt ist. Die Projektionen des ersten und zweiten Wandungsabschnittes auf eine zur axialen Richtung des Ansaugrohres im Wesentlichen senkrechte Querschnittsebene liegen vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Umfangs des Ansaugrohes, d.h. sie sind im Wesentlichen um 180 Grad in Umfangsrichtung zueinander versetzt. Dies hat zur Folge, dass einerseits eine besonders bauraumkompakte Ausbildung der Einspritzvorrichtung erzielt wird und andererseits die beiden vom ersten und zweiten Einspritzventil ausgehenden Spraykegel sich zumindest unmittelbar nach dem Austreten aus dem ersten und zweiten Einspritzventil nicht kreuzen. Eine Überlappung der Spraykegel erfolgt vielmehr möglichst nah an der ersten und zweiten Einlassöffnung, so dass die gegenseitige Störung der Spraykegel vergleichsweise gering ausfällt. Insbesondere wird eine Ablenkung von eingespritztem Kraftstoff auf die innere Wandung des Ansaugrohrs erheblich reduziert, so dass trotz der Verwendung zweier sepa- rater Einspritzventile die Spraykegel vergleichsweise präzise auf die erste und zweite Einlassöffnung justierbar sind. Hierdurch wird also die Verwendung zweier separater Einspritzventile zur Einspritzung von Kraftstoff in Richtung jedes der Einlassöffnungen ermöglicht. Die Verwendung zweier separater Einspritzventile hat den Vorteil, dass sich die Spraydichte der Spraykegel verringert, da jedes Einspritzventil nur eine verminderte und insbesondere eine halbierte Durchflussmenge von Kraftstoff einzuspritzen braucht, so dass sich die charakteristische Tröpfchengröße, insbesondere der Sauter-Durchmesser, des zerstäubten Kraftstoffs vorteilhafterweise reduziert. Ein reduzierter Sauter-Durchmesser bewirkt eine bessere Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum und somit zu einer erhöhten Temperatur im Brennraum. Hierdurch steigt die Temperatur der

Rohabgase aus dem Brennraum, so dass insbesondere in der Start- und Warmlaufphase ein nachgeschalteter kalter und noch nicht (vollständig) konvertierender Katalysator schneller aufgewärmt wird. Der Katalysator erreicht schneller die Anspringtemperatur, ab welcher der Katalysator effizient arbeitet, so dass eine Reduktion der Abgasemissionen erzielt wird. Eine schnellere und stabilere

Durchbrennung des Kraftstoffgemischs während der Start- und Warmlaufphase hat ferner den Vorteil, dass Mängel im Verbrennungsverlauf, Zündaussetzer oder eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffgemischs vermieden wird und eine Reduktion der Rohabgase erzielt. Vorteilhafterweise kann aufgrund der Roh- abgasreduktion der Katalysator kleiner dimensioniert und ein Teil der für den Katalysator benötigten Edelmetalle eingespart werden. Die verbesserte Durchbrennung und die hierdurch erzielte höhere Laufruhe ermöglicht darüberhinaus eine geringere Leerlaufdrehzahl, welche wiederum die Abgasemissionen reduziert. Der erste Wandungsabschnitt umfasst vorzugsweise einen dem Brennraum zugwandten unteren Wandungsbereich des Ansaugrohrs, während der zweite

Wandungsabschnitt vorzugsweise einen dem Brennraum abgewandten oberen Wandungsbereich des Ansaugrohrs umfasst. Die Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise einen Ottomotor mit Saugrohreinspritzung für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Automobil. Die Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise mehr als einen Zylinder, wobei jeder der Zylinder einen Brennraum mit zwei Einlassventilen umfasst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Wandungsabschnitt ferner in axialer Richtung gegenüber dem ersten Wandungsabschnitt versetzt ist. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem ersten Wandungsabschnitt und dem Brennraum größer als der Abstand zwischen dem zweiten Wandungsabschnitt und dem Brennraum. Dies hat den Vorteil, dass das zweite Einspritzventil strömungsgünstiger hinsichtlich der aus dem Brennraum rückströmender Abgase, so dass das Risiko eines Ver- stopfens des zweiten Einspritzventils vermindert wird. Durch den größeren Abstand zwischen dem ersten Einspritzventil und dem Brennraum verlängert sich für den aus dem ersten Einspritzventil eingespritzten Kraftstoff die Flugzeit. Hierdurch findet bereits im Ansaugrohr zum größten Teil die Verdampfung dieses Kraftstoffs statt. Aufgrund der hohen Dampfrate erfolgt die Verbrennung im Brennraum schneller und bei höheren Temperaturen. Insbesondere in der Start- und Warmlaufphase wird hierdurch der nachgeschaltete Katalysator schneller aufgewärmt, wodurch die Abgasemissionen reduziert werden. Der eingespritzte Kraftstoff kann Ethanol sein, bevorzugt wird aber für dieses Emissionskonzept Benzin. In einer Last- bzw. Volllastphase der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise das zweite Einspritzventil zugeschaltet. Durch die kürzere Flugzeit für den aus dem zweiten Einspritzventil eingespritzten Kraftstoff, verdampft dieser hauptsächlich im Brennraum und nicht im Ansaugrohr. Der Brennraum wird hierdurch gekühlt, so dass die Klopffestigkeit vorteilhafterweise zunimmt. Der eingespritzt Kraftstoff kann Benzin sein, bevorzugt wird aber für dieses Verbrauchskonzept Ethanol. Das erste und zweite Einspritzventil sind daher vorzugsweise getrennt voneinander ansteuerbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Ansaugrohr einen Trennsteg zur Aufteilung des Ansaugrohrs in einen ersten und einen zweiten Ansaugkanal aufweist, wobei sich der Trennsteg in axialer Richtung des Ansaugrohrs zwischen dem ersten Einspritzventil und dem Brennraum erstreckt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Einspritzventil derart unterschiedlich dimensioniert sind, dass unterschiedliche Mengen von Kraftstoff - bei ansonsten gleichen Bedingungen - durch das erste und das zweite Einspritzventil eingespritzt werden. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, dass über einen großen Bereich hinweg mit großer Genauigkeit die gewünschte Einspritzmenge an Kraftstoff eingespritzt werden kann. Beispielsweise könnte das zweite Einspritzventil hinsichtlich der Auslegungsmenge an (unter vorgegebenen Betriebsbedingungen) maximal einspritzbarem Kraftstoff (sog. Menge Q _sta t) doppelt so groß ausgelegt werden wie das erste Einspritzventil; in diesem Fall ist es beispielsweise möglich, für den Fall von vergleichsweise kleinen einzuspritzenden Kraftstoffmengen lediglich das erste Einspritzventil zu verwenden (d.h. das zweite Einspritzventil abzuschalten bzw. nicht anzusteuern) und wegen der kleineren Auslegungsmenge genau dosieren zu können, für den Fall von mittelgroßen einzuspritzenden Kraftstoffmengen lediglich das zweite Einspritzventil zu verwenden (d.h. das erste Einspritzventil abzuschalten bzw. nicht anzusteuern) und wegen der Auslegungsmenge des zweiten Einspritzventils genau und in einem nicht allzu großen Zeitfenster dosieren zu können, und für den Fall von vergleichsweise großen einzuspritzenden Kraftstoffmengen (zum Beispiel im Volllastfall) sowohl das erste als auch das zweite Einspritzventil zu verwenden. Alternativ zu einer Aufteilung der Gesamteinspritzmenge des Kraftstoffs mittels zweier ungleich dimensionierter Einspritzventile ist es auch möglich, gleich dimensionierte (d.h. zwei gleiche) Einspritzventile zu verwenden. Hierdurch wird die Auslegungsmenge für jedes der Einspritzventile halbiert. Unabhängig von der Art der Aufteilung der Gesamteinspritzmenge auf zwei Einspritzventile ist es erfindungsgemäß möglich, die charakteristische Größe LSMD (LowSauterMeanDiameter) des typischen Tröpfchendurchmessers wegen der verringerter Spraydichte von kleineren (bzw. eine kleine Auslegungsmenge Qstat aufweisenden) Einspritzventilen zu verringern. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine aufweisend eine erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Einspritzvorrichtung, wobei mittels des ersten Einspritzventils im Bereich des ersten Wandabschnitts Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird und dass mittels des zweiten Einspritzventils im Bereich des zweiten Wandabschnitts Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird und wobei der zweite Wandabschnitt entlang einer Umfangsrichtung des Ansaugrohr gegenüber dem ersten Wandungsabschnitt versetzt ist. In vorteilhafter Weise wird somit - wie oben bereits beschrieben wurde - die Einspritzung von Kraftstoff mittels zwei separater Einspritzventile ermöglicht. Hierdurch werden der Kraftstoffverbrauch, sowie die Abgasemissionen gesenkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Startphase der Brennkraftmaschine nur mittels des ersten Einspritzventils Kraftstoff eingespritzt wird und dass in einer Lastphase der Brennkraftmaschine sowohl mittels des ersten Einspritzventils, als auch mittels des zweiten Einspritzventils Kraftstoff eingespritzt wird. Vorzugsweise wird im Vergleich zum Einspritzverhalten des zweiten Einspritzventils in der Lastphase in der Startphase der Kraftstoff mittels des ersten Einspritzventils weiter vom Brennraum beabstandet in das Ansaugrohr eingespritzt. Hierdurch werden die Abgasemissionen in der Startphase verbessert, da im Brennraum eine bessere und heißere Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erfolgt und somit ein schnelleres Aufwärmen des Katalysators auf seine Arbeitstemperatur erzielt wird.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen

Figuren 1 a und 1 b jeweils eine schematische Aufsichts- und Schnittbilddarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Figuren 2a und 2b jeweils eine schematische Aufsichts- und Schnittbilddarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In Figur 1 a ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Einspritzvorrichtung 1 ' gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinder auf, welcher einen Brennraum 2 umfasst und in welchem sich ein Kolben 2' be- wegt. Die Wandung des Brennraums 2 weist eine erste und eine zweite Einlassöffnung 10, 20 auf, durch welche jeweils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 2 angesaugt wird und eine erste und zweite Auslassöffnung 30, 31 , durch welche die Rohabgase des verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs aus der Brennkammer 2 in erste und zweite Auslasskanäle 32, 33 ausgestoßen wer- den. Die Brennkraftmaschine 1 weist hierzu ein Ansaugrohr 9 auf, durch welches

Frischluft in Richtung des Brennraums 2 angesaugt wird und welches in die erste und zweite Einlassöffnung 10, 20 mündet. Das Ansaugrohr 9 ist auf einer dem Brennraum 2 zugewandten Seite mit einer Trennwand 42 versehen, welche sich in axialer Richtung teilweise durch das Ansaugrohr 9 erstreckt und das Ansaug- rohr 9 in einen ersten und zweiten Ansaugkanal 1 1 , 21 separiert, wobei der erste

Ansaugkanal 1 1 in die erste Einlassöffnung 10 und der zweite Ansaugkanal 21 in die zweite Einlassöffnung mündet. Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner ein erstes Einlassventil 10' auf, welches zum Verschließen der ersten Einlassöffnung 10 vorgesehen ist und zwischen dem ersten Ansaugkanal 1 1 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner ein zweites Einlassventil

20' auf, welches zum Verschließen der zweiten Einlassöffnung 20 vorgesehen ist und zwischen dem zweiten Ansaugkanal 21 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Im Ansaugrohr 9 ist ein erstes Einspritzventil 12 angeordnet, welches zwei erste Einspritzöffnungen 14 aufweist, durch welche Kraftstoff 4 in das Ansaug- rohr 9 und simultan in Richtung der ersten Einlassöffnung 10 und in Richtung der zweiten Einlassöffnung 20 eingespritzt wird. Ferner ist im Ansaugrohr 9 ein sepa- rates zweites Einspritzventil 22 angeordnet, welches ebenfalls zwei Einspritzöffnungen 24 aufweist, so dass Kraftstoff 4 in das Ansaugrohr 9 sowohl in Richtung der ersten Einlassöffnung 10, als auch in Richtung der zweiten Einlassöffnung 20 eingespritzt wird. Der Abstand zwischen dem ersten Einspritzventil 12 und dem Brennraum 2 entlang der axialen Richtung ist dabei größer als der Abstand zwischen dem zweiten Einspritzventil 22 und dem Brennraum 2, so dass die Flugzeiten für den mittels des ersten Einspritzventils 12 eingespritzten Kraftstoffs 4 größer als für den mittels des zweiten Einspritzventils 22 eingespritzten Kraftstoffs 4 sind. Das erste Einspritzventil 12 wird daher insbesondere in der Start- und Warmlaufphase zum Einspritzen von Kraftstoff 4 angesteuert, während das zweite Einspritzventil 22 erst in Last- bzw. Volllastphasen zum Einspritzen von Kraftstoff 4 zugeschaltet wird. Das Ansaugrohr 9 wird vorzugsweise von einem Rohrbauteil, welcher mit einem Stutzen eines Zylinderkopfes verbunden ist, gebildet, wobei der Zylinderkopf an einem den Zylinder aufweisendem Motorblock befestigt ist, um den Zylinder zu schließen. Das erste Einspritzventil 12 ist dabei vorzugsweise am Rohrbauteil befestigt, während das zweite Einspritzventil 22 vorzugsweise am Stutzen des Zylinderkopfes befestigt ist. Das erste Einspritzventil 12 ist in einem ersten Wandungsabschnitt 40 des Ansaugrohres 9 angeordnet, während das zweite Einspritzventil 22 in einem zweiten Wandung- sabschnitt 41 des Ansaugrohres 9 angeordnet ist. Der zweite Wandungsabschnitt 41 ist entlang einer Umfangsrichtung 100 des Ansaugrohres 9 gegenüber dem ersten Wandungsabschnitt 40 versetzt. Dieser Sachverhalt ist aus perspektivischen Gründen nur in Figur 1 b zu erkennen. In Figur 1 b ist eine schematische Schnittbilddarstellung der Brennkraftmaschine

1 mit der Einspritzvorrichtung T gemäß der in Figur 1 a illustrierten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in Figur 1 b im Wesentlichen die Ansicht eines Schnittes gemäß der in Figur 1 a illustrierten und senkrecht zur axialen Richtung des Ansaugrohres 9 verlaufenden Schnittebene 101 aus Richtung des Brennraums 2 schauend abgebildet ist. Das erste Einspritzventil 12 ist in einem dem Brennraum 2 abgewandten oberen Wandabschnitt des Ansaugrohrs 9 angeordnet, während das zweite Einspritzventil 22 in einem dem Brennraum 2 zugewandten unteren Wandabschnitt des Ansaugrohrs 9 angeordnet ist. Die Projektionen des ersten und zweiten Wandungsabschnittes 40, 41 auf die zur axialen Richtung des Ansaugrohres 9 im Wesentlichen senkrechte Querschnittsebene 101 liegen daher auf gegenüberliegenden Seiten des Umfangs des Ansaugrohes 9, d.h. sie sind im Wesentlichen um 180 Grad in Umfangsrich- tung 100 zueinander versetzt. In Figur 1 b sind ferner die zwei ersten Einspritzöffnungen 14 des ersten Einspritzventils 12, sowie die zwei zweiten Einspritzöffnungen 24 des zweiten Einspritzventils 22 zu sehen. Die Brennkraftmaschine 1 weist vorzugsweise eine Mehrzahl von solchen Zylindern auf. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst vorzugsweise einen Ottomotor für ein Automobil.

In Figur 2a ist eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Einspritzvorrichtung T gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen der in Figuren 1 a und 1 b illustrierten ersten Ausführungsform gleicht.

In Figur 2b ist eine schematische Schnittbilddarstellung der Brennkraftmaschine 1 mit der Einspritzvorrichtung T gemäß der in Figur 2a illustrierten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in Figur 2b im Wesentlichen die Ansicht eines Schnittes gemäß der in Figur 2a illustrierten und parallel zur axialen Richtung des Ansaugrohres 9 verlaufenden Schnittebene 102 abgebildet ist. Das erste und zweite Einspritzventil 12, 22 sind - ähnlich wie in Figur 1 b illustriert, in zwei in Umfangsrichtung 101 im Wesentlichen um 180 Grad zueinander versetzten ersten und zweiten Wandungsabschnitten 40, 41 angeordnet. Das im oberen, ersten Wandungsabschnitt 40 angeordnete erste Einspritzventil 12 weist zum Brennraum 2 entlang der axialen Richtung einen größeren Abstand auf, als der Abstand zwischen dem im unteren, zweiten Wandungsabschnitt 41 angeordneten zweiten Einspritzventil 22 und dem Brennraum 2.